專利名稱：振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈簧故障診斷方法，特別涉及一種振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷方法。
背景技術(shù)：
在選煤行業(yè)，通常是利用單個(gè)金屬圓柱螺旋壓縮彈簧或多個(gè)該類彈簧的并聯(lián)組合體構(gòu)成振動(dòng)篩的主減振裝置。由于受長(zhǎng)期靜、動(dòng)壓載荷，實(shí)際生產(chǎn)中彈簧常發(fā)生嚴(yán)重扭曲變形、簧絲裂痕、卡牢或簧力不足等損壞或故障。彈簧在強(qiáng)交變載荷下，疲勞或碰撞摩擦引起的簧絲損傷如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，微觀上會(huì)影響彈簧的材料特性及實(shí)際剛度，使之非線性傳遞特性明顯增強(qiáng)且不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，而宏觀上將引起篩體的不穩(wěn)定振動(dòng)(如篩箱橫向擺動(dòng)和兩側(cè)板對(duì)稱點(diǎn)雙振幅差過(guò)大)，不僅會(huì)影響設(shè)備篩分效率，還會(huì)激發(fā)篩機(jī)的高階彈性振動(dòng)而降低其可靠性?？梢哉f(shuō)，彈簧健康與否對(duì)篩體結(jié)構(gòu)壽命具有直接影響?，F(xiàn)階段對(duì)彈簧故障的診斷主要包括兩類方法:一、從彈簧零件簧絲角度，利用金屬失效和疲勞分析的方法進(jìn)行故障診斷。實(shí)行這類方法時(shí)，一般先在掃描電鏡上觀察彈簧表面、裂紋分布、裂紋形貌及裂紋端口特征等，再對(duì)能譜測(cè)定結(jié)果等進(jìn)行分析診斷；二、從系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)分析角度，利用彈簧失效前后振動(dòng)加速度信號(hào)的廣義頻率響應(yīng)函數(shù)(GFRF)的譜特征變化的原理，進(jìn)行非線性譜分析來(lái)診斷失效，或者利用包絡(luò)解調(diào)法從多源多干擾信號(hào)中分離出系統(tǒng)固有頻率成分的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。以上方法應(yīng)用到振動(dòng)篩彈簧故障診斷中時(shí)，前者需要在停機(jī)狀態(tài)下，須將彈簧拆卸下來(lái)進(jìn)行分析，而且工作環(huán)境所致的彈簧表面其他顆粒物較多，易影響電鏡掃描效果；后者雖然避免了前者的缺陷，且能用于在線測(cè)試，但必須要先利用大量的已知彈簧樣本建立正常彈簧與失效彈簧的標(biāo)準(zhǔn)GFRF譜特征數(shù)據(jù)庫(kù)，操作過(guò)程復(fù)雜。中國(guó)專利201110392168.8公開了一種礦用振動(dòng)篩在線監(jiān)測(cè)與故障診斷裝置及其方法，實(shí)現(xiàn)了彈簧的在線監(jiān)測(cè)、故障診斷及報(bào)警功能，從而提高了振動(dòng)篩的使用安全性，但是對(duì)四個(gè)彈簧同時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)需要八只三向加速度傳感器及對(duì)應(yīng)的采集卡，對(duì)彈簧振動(dòng)信號(hào)的處理過(guò)程比較復(fù)雜，此外還需要建立歷史特征數(shù)據(jù)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷方法，解決當(dāng)前彈簧失效分析及振動(dòng)診斷的操作復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:該彈簧故障診斷方法利用彈簧均無(wú)故障下的各彈簧實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量的數(shù)值與某彈簧發(fā)生故障后各彈簧的實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量值進(jìn)行比較，判斷初始故障彈簧位置；進(jìn)而，對(duì)某彈簧故障后的振動(dòng)篩四彈簧支座處的實(shí)測(cè)自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步精確確定故障彈簧位置；具體步驟如下:
(I)硬件布置:將位移傳感器安裝在振動(dòng)篩底座上，用于測(cè)試彈簧上壓板的移動(dòng)位移量，該移動(dòng)位移量即為壓縮彈 簧的壓縮變形；位移傳感器采集的信號(hào)由信號(hào)采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中；
(2)彈簧均無(wú)故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧均無(wú)故障情況下，將一重物放置于振動(dòng)篩篩面任意位置處，使篩面下沉，同時(shí)篩面四角的減振彈簧均發(fā)生線性壓縮變形，但不發(fā)生壓并，利用位移傳感器采集重物放置前后四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量；
(3)彈簧故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧故障時(shí)，將所述步驟(2)的同一重物放置于所述步驟(2)的振動(dòng)篩篩面任意位置處，使篩面下沉，同時(shí)篩面四角的減振彈簧均發(fā)生線性壓縮變形，但不發(fā)生壓并，利用位移傳感器采集重物放置前后四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量；將所述步驟(2)的同一重物從放置的所述步驟(2)的振動(dòng)篩篩面任意位置處迅速取出，篩體作自由振動(dòng)，利用位移傳感器采集四彈簧壓板處的自由振動(dòng)信號(hào)；上述壓縮變形變化量和自由振動(dòng)信號(hào)均通過(guò)采集卡傳輸入計(jì)算機(jī)中，儲(chǔ)存等待處理；
(4)靜態(tài)下的故障彈簧診斷:將所述步驟(2)和所述步驟(3)的四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量一一對(duì)應(yīng)相減求差，所得到的故障前后各彈簧的壓縮變形變化量的差值中絕對(duì)值最大的所對(duì)應(yīng)的彈簧即初始診斷為故障彈簧； (5)動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷:將所述步驟(3)的自由振動(dòng)信號(hào)的范圍、最大值、方差以及均方根四個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算，利用三維條形圖直觀反映各參量值在各測(cè)點(diǎn)處的大小關(guān)系，即橫坐標(biāo)為參量類型，縱坐標(biāo)為參量值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，四參量中含最大參量值個(gè)數(shù)最多的測(cè)點(diǎn)位置所對(duì)應(yīng)的彈簧定位為故障發(fā)生處；將上述自由振動(dòng)信號(hào)分成若干段數(shù)據(jù)，進(jìn)行FFT分析，得到全程數(shù)據(jù)的頻譜特性，利用三維譜陣將各測(cè)點(diǎn)的幅值譜定間隔隔開，即橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為譜值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)一頻率一譜值的三維譜陣；對(duì)三維譜陣中各測(cè)點(diǎn)自由振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的頻譜峰值進(jìn)行比較，頻譜峰值最大處對(duì)應(yīng)了故障彈簧位置；
(6)精確故障彈簧診斷:將所述步驟(4)的靜態(tài)下的故障彈簧診斷和所述步驟(5)的動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷結(jié)果相比較，兩者的診斷結(jié)果相一致時(shí)，即為診斷結(jié)果；反之，則重復(fù)上述步驟，直到診斷結(jié)果一致為止。有益效果，由于采用了上述方案，將彈簧均無(wú)故障下的四彈簧實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量的數(shù)值與彈簧發(fā)生故障后四彈簧的實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量值一一對(duì)應(yīng)相減求差，實(shí)施靜態(tài)下的故障彈簧診斷；對(duì)彈簧故障后的振動(dòng)篩四彈簧支座處的實(shí)測(cè)自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，利用三維條形圖和三維譜陣，實(shí)施動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷。兩者的診斷結(jié)果相一致時(shí)，即為診斷結(jié)果；反之，則重復(fù)上述步驟，直到診斷結(jié)果一致為止。在振動(dòng)篩交變載荷作用下，彈簧承受機(jī)械疲勞而造成簧絲微損，一般肉眼無(wú)法直接觀察發(fā)現(xiàn)，而簧絲微損將引起彈簧物理特性的變化，進(jìn)而引起彈簧剛度的變化，從而可以通過(guò)彈簧剛度的變化來(lái)診斷故障彈簧。解決了當(dāng)前彈簧失效分析及振動(dòng)診斷的操作復(fù)雜的問(wèn)題，其搭建的測(cè)量系統(tǒng)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本投入低、測(cè)量數(shù)據(jù)少及精度高等特點(diǎn)，
優(yōu)點(diǎn):測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本投入低、測(cè)量數(shù)據(jù)少及精度高等特點(diǎn)。I)采用了四個(gè)位移傳感器和一個(gè)采集卡，設(shè)備簡(jiǎn)單、投入少且安裝方便；
2)在上述一套硬件配置下，靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的彈簧故障診斷方法相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)診斷的高精度。動(dòng)態(tài)的彈簧故障診斷方法可以在振動(dòng)篩停機(jī)后的自由振動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行，無(wú)需其他動(dòng)力輸入。


圖1是本發(fā)明的技術(shù)流程圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷的硬件組成圖。圖3是靜態(tài)下的振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷的執(zhí)行結(jié)果圖。圖4是動(dòng)態(tài)下的振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷的三維條形圖。圖5是動(dòng)態(tài)下的振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷的三維譜陣。圖中:1_1、第一減振彈簧；1_2、第二減振彈簧；1_3、第三減振彈簧；1_4、第四減振彈簧；2-1、第一位移傳感器；2-2、第二位移傳感器；2-3、第三位移傳感器；2-4、第四位移傳感器；3、重物；4、篩面；5、信號(hào)采集卡；6、計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明:
實(shí)施例1:利用彈簧均無(wú)故障下的各彈簧實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量的數(shù)值與某彈簧發(fā)生故障后各彈簧的實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量值 進(jìn)行比較，判斷初始故障彈簧位置；進(jìn)而，對(duì)某彈簧故障后的振動(dòng)篩四彈簧支座處的實(shí)測(cè)自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步精確確定故障彈簧位置；具體步驟如下:
(I)硬件布置:在圖2中，硬件部分包括位移傳感器、重物3、信號(hào)采集卡5和裝有診斷軟件的計(jì)算機(jī)6。所述的位移傳感器有第一位移傳感器2-1、第二位移傳感器2-2、第三位移傳感器2-3和第四位移傳感器2-4 ;四個(gè)位移傳感器均通過(guò)螺栓聯(lián)接或磁座吸附而安裝在振動(dòng)篩底座上，分別用于測(cè)試減振彈簧的上壓板的移動(dòng)位移量，所述的減振彈簧有第一減振彈簧1-1、第二減振彈簧1-2、第三減振彈簧1-3和第四減振彈簧1-4，該移動(dòng)位移量即為放置重物后壓縮彈簧的壓縮變形或篩體自由振動(dòng)時(shí)彈簧上壓板的自由振動(dòng)響應(yīng)；所述的壓縮變形或自由振動(dòng)響應(yīng)均由信號(hào)采集卡5采集并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)6中進(jìn)行分析處理。(2)彈簧均無(wú)故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧均無(wú)故障情況時(shí)，將重物3放置在篩面上，利用上述四個(gè)位移傳感器，測(cè)試彈簧均健康情況下重物3放置前后的四個(gè)減振彈簧壓縮變形變化值量為ZltT Z40 ；
(3)彈簧故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧故障時(shí)，將重物3放置在篩面上，利用上述四個(gè)位移傳感器測(cè)試彈簧故障下重物3放置前后的四個(gè)減振彈簧壓縮變形變化值量為Z廣Z4，測(cè)得量值通過(guò)采集卡傳輸入計(jì)算機(jī)中，儲(chǔ)存等待處理；將步驟(2)的同一重物從放置的步驟(2)的振動(dòng)篩篩面任意位置處取出，篩體作自由振動(dòng)，利用位移傳感器采集四彈簧壓板處的自由振動(dòng)信號(hào)并傳輸入計(jì)算機(jī)中，儲(chǔ)存等待處理；
(4)靜態(tài)下的故障彈簧診斷:計(jì)算Z1-Zlt^Z2-Z2(l、Z3-Z30和Z4-Z4tl的值，比較各自的絕對(duì)值，絕對(duì)值最大的所對(duì)應(yīng)的彈簧即初始診斷為故障彈簧；
(5)動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷:將步驟(3)中的各彈簧壓板處的自由振動(dòng)信號(hào)的范圍、最大值、方差以及均方根等四個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算，利用三維條形圖直觀反映各參量值在各測(cè)點(diǎn)處的大小關(guān)系，即橫坐標(biāo)為參量類型，縱坐標(biāo)為參量值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，四參量中含最大參量值個(gè)數(shù)最多的測(cè)點(diǎn)位置所對(duì)應(yīng)的彈簧定位為故障發(fā)生處；上述自由振動(dòng)信號(hào)分成若干段數(shù)據(jù)，進(jìn)行FFT分析，得到全程數(shù)據(jù)的頻譜特性，利用三維譜陣將各測(cè)點(diǎn)的幅值譜定間隔隔開，即橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為譜值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)一頻率一譜值的三維譜陣。三維譜陣中，頻譜峰值最大處的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)了故障彈簧位置。(6)精確故障彈簧診斷:將步驟(4)的靜態(tài)下的故障彈簧診斷和步驟(5)的動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷結(jié)果相比較，兩者的診斷結(jié)果相一致時(shí)，即為診斷結(jié)果；反之，則重復(fù)上述步驟，直到診斷結(jié)果一致為止。下面采用在原四個(gè)減振彈簧均健康的情況下，通過(guò)更換第二減振彈簧1-2的方法來(lái)模擬第二減振彈簧1-2故障，以驗(yàn)證本發(fā)明提出的故障診斷方法的有效性:
在圖3中，靜態(tài)下的故障彈簧診斷:第二減振彈簧1-2故障前，篩面重放置物3后，四個(gè)減振彈簧的變形變化量分別為 Zltl=L 3500mm, Z20=0.2000 mm、Z3tl=-0.2400 mm 和 Z4tl=0.3100mm,第二減振彈簧1-2故障后，篩面放置重物3后，四個(gè)減振彈簧的變形變化量分別為Z1=L 2300 mm、Z2=0.3600 mm、Z3=-0.2200 mm 和 Z4=0.2800 mm,所以 Z1- Z10、Z2- Z20> Z3- Z30和Z4- Z4tl的絕對(duì)值分別為0.12 mm、0.16 mm、0.02 mm、0.03 mm，由于Z2- Z2tl的絕對(duì)值最大，故初始診斷第二減振彈簧1-2故障。動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷:第二減振彈簧1-2故障后，重物3從篩面取出后，篩體作自由振動(dòng)，四個(gè)減振彈簧處上壓板的自由振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域參數(shù)(箭頭指向，從里向外分別指代范圍、最大值、均方根和方差)繪制于三維條形圖中，如圖4所示，數(shù)字代表彈簧位置，條形圖下方為故障指示燈，從左至右別指代四個(gè)減振彈簧，紅燈亮表示故障。由于各時(shí)域參數(shù)中，第二減振彈簧1-2的條形最高，所以第二減振彈簧1-2故障。四個(gè)減振彈簧處上壓板的自由振動(dòng)響應(yīng)在頻域處理后繪制于三維譜陣中，如圖5所示，第二減振彈簧1-2的譜值最大，故第二減振彈簧1-2發(fā)生故障·。靜態(tài)下與動(dòng)態(tài)下的診斷結(jié)果均相同，故精確診斷結(jié)果為第二減振彈簧1-2故障。上述結(jié)果說(shuō)明了本發(fā)明對(duì)振動(dòng)篩減振彈簧診斷的有效性。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷方法，其特征是:該彈簧故障診斷方法利用彈簧均無(wú)故障下的各彈簧實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量的數(shù)值與某彈簧發(fā)生故障后各彈簧的實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量值進(jìn)行比較，判斷初始故障彈簧位置；進(jìn)而，對(duì)某彈簧故障后的振動(dòng)篩四彈簧支座處的實(shí)測(cè)自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，進(jìn)一步精確確定故障彈簧位置；具體步驟如下: (1)硬件布置:將位移傳感器安裝在振動(dòng)篩底座上，用于測(cè)試彈簧上壓板的移動(dòng)位移量，該移動(dòng)位移量即為壓縮彈簧的壓縮變形；位移傳感器采集的信號(hào)由信號(hào)采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中； (2)彈簧均無(wú)故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧均無(wú)故障情況下，將一重物放置于振動(dòng)篩篩面任意位置處，使篩面下沉，同時(shí)篩面四角的減振彈簧均發(fā)生線性壓縮變形，但不發(fā)生壓并，利用位移傳感器采集重物放置前后四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量； (3)彈簧故障時(shí)的數(shù)據(jù)采集:彈簧故障時(shí)，將所述步驟(2)的同一重物放置于所述步驟(2)的振動(dòng)篩篩面任意位置處，使篩面下沉，同時(shí)篩面四角的減振彈簧均發(fā)生線性壓縮變形，但不發(fā)生壓并，利用位移傳感器采集重物放置前后四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量；將所述步驟(2)的同一重物從放置的所述步驟(2)的振動(dòng)篩篩面任意位置處迅速取出，篩體作自由振動(dòng)，利用位移傳感器采集四彈簧壓板處的自由振動(dòng)信號(hào)；上述壓縮變形變化量和自由振動(dòng)信號(hào)均通過(guò)采集卡傳輸入計(jì)算機(jī)中，儲(chǔ)存等待處理； (4)靜態(tài)下的故障彈簧診斷:將所述步驟(2)和所述步驟(3)的四個(gè)彈簧的壓縮變形變化量一一對(duì)應(yīng)相減求差，所得到的故障前后各彈簧的壓縮變形變化量的差值中絕對(duì)值最大的所對(duì)應(yīng)的彈簧即初始診斷為故障彈簧； (5)動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷:將所述步驟(3)的自由振動(dòng)信號(hào)的范圍、最大值、方差以及均方根四個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算，利用三維條形圖直觀反映各參量值在各測(cè)點(diǎn)處的大小關(guān)系，即橫坐標(biāo)為參量類型，縱坐標(biāo)為參量值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，四參量中含最大參量值個(gè)數(shù)最多的測(cè)點(diǎn)位置所對(duì)應(yīng)的彈簧定位為故障發(fā)生處；將上述自由振動(dòng)信號(hào)分成若干段數(shù)據(jù)，進(jìn)行FFT分析，得到全程數(shù)據(jù)的頻譜特性，利用三 維譜陣將各測(cè)點(diǎn)的幅值譜定間隔隔開，即橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為譜值，斜坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)一頻率一譜值的三維譜陣；對(duì)三維譜陣中各測(cè)點(diǎn)自由振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的頻譜峰值進(jìn)行比較，頻譜峰值最大處對(duì)應(yīng)了故障彈簧位置； (6)精確故障彈簧診斷:將所述步驟(4)的靜態(tài)下的故障彈簧診斷和所述步驟(5)的動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷結(jié)果相比較，兩者的診斷結(jié)果相一致時(shí)，即為診斷結(jié)果；反之，則重復(fù)上述步驟，直到診斷結(jié)果一致為止。
全文摘要
一種振動(dòng)篩減振彈簧故障診斷方法，屬于彈簧故障診斷方法。將彈簧無(wú)故障下的四彈簧實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量的數(shù)值與彈簧發(fā)生故障后四彈簧的實(shí)測(cè)靜態(tài)變形量值一一對(duì)應(yīng)相減求差，實(shí)施靜態(tài)下的故障彈簧診斷；對(duì)彈簧故障后的振動(dòng)篩四彈簧支座處的實(shí)測(cè)自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，利用三維條形圖和三維譜陣，實(shí)施動(dòng)態(tài)下的故障彈簧診斷。兩者的診斷結(jié)果相一致時(shí)，即為診斷結(jié)果；反之，重復(fù)上述步驟，直到診斷結(jié)果一致為止。優(yōu)點(diǎn)1)采用了四個(gè)位移傳感器和一個(gè)采集卡，設(shè)備簡(jiǎn)單、投入少且安裝方便；2)在所述硬件配置下，靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的彈簧故障診斷方法相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)診斷的高精度。動(dòng)態(tài)的彈簧故障診斷方法可以在振動(dòng)篩停機(jī)后的自由振動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行，無(wú)需其他動(dòng)力輸入。
文檔編號(hào)G01M13/00GK103234742SQ201310134768
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者劉初升, 彭利平, 趙躍民, 李珺, 董海林, 王秀, 田桂云 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)