基于​虚拟​仪器​的​滚​针​轴承​的​故障​诊断​系统​的​开发

杜 春​英,

"本​应用​方案​首先​运用​NI​公司​的​一种​便​携​式​USB​四​通道​数据​采集​卡,​对​参数​实​时​采集,​并​运用​高级​信号​处理​中的​各​函数​对​信号​进行​分​层、​分​阶段、​分类​处理,​接着​运用​频​谱​分析​方法​做​进一步​分析​处理,​这样​就​可以​综合​处理​处理​采集​信号,​比较​精确​地​判断​故障​类型,​以供​滚​针​轴承​开发​者​和​使用者​参考,​提高​机器​的​综合​性能​和​使用​寿命。"

- 杜 春​英,

挑战:

国内外​虽然​有​几​种​滚​针​轴承​测试​系统,​但​只是​针对​某一​参数​进行​检测,​针对​滚​针​轴承​的​故障​诊断​往往​需要​多种​参数​综合​评价,​所以​急需​开发​一种​多功能​滚​针​轴承​测试​系统。

解决​方案:

在​滚​针​轴承​测试​台上​使用​NI​公司​的​信号​采集​卡​对​多种​信号​进行​采集,​使用​NI​的​图形​化​编​程​软件​LABVIEW​进行​测试​过程​的​控制,​数据​的​存储、​分析​判断​处理,​从而​开发​出​一套​灵活、​自动​化​测试​系统。

  1. 滚​针​轴承​测试​台​的​工作​原理​及​测试​要求

轴承​检测​系统​的​功能​要求:​对​滚​针​轴承​的​三​种​参数​振动、​噪声、​转​速​进行​采集​和​判断。​摩托​车​连​杆​大​头​端​滚​针​轴承​是​一种​无​内外​圈​的​滚​针​轴承,​其​故障​主要是​保持​架​和​滚​针​单一​故障​或者​两​只​兼有。​其​表现​出来​的​特征​主要​有​油​温​突增、​振动​和​噪声​异常、​轴​向​或​径​向​漂移​等。​但是​目前​滚​针​轴承​检测​存在​的​问题​是​检测​指标​单一、​自动​化​程度​低​等,​严重​影响​摩托​车​企业​的​成​产​及​开发​新​产品​的​效率。​而​应用​labview​程序​对​滚​针​轴承​检测​过程​进行​实施​监​控​并​把​合格​与​非​合格​品​自动​做出​分类。​效率​高,​可靠性​好​并​大大​节省​了​人工​成本。​检测​系统​的​结构​示意​图​如​图​1​所​示:

根据​滚​针​轴承​检测​台​的​工作​原理,​对​测试​系统​的​基本​要求​如下:

  1. )​提供​220v​交流​电源,​为​滚​针​轴承​测试​台​运转​提供​工作​电源。
  2. )​提供​信号​处理​装置,​为​采集​信号​做​前期​处理。
  3. )​提供​声​级​计,​对​噪声​进行​采集。
  4. )​可以​同时​采集​3​路​信号。
  5. )​整个​测试​系统​放在​一个​隔音​罩​内​进行。
  6. 方案​设计

 

 

 

根据​以往​测试​系统​的​情况,​对​本套​开发​的​系统​希望​达到​如下​效果:

  1. )​可靠​稳定​性​好,​检测​标准​与​实际​应用​高度​相关。
  2. )​自动​化​程度​高,​尽量​减少​人工​因素​的​影响。
  3. )​高​效率,​尽量​减少​每​一个​轴承​的​检测​时间。

 

通过​对​测试​要求​的​分析,​虚拟​仪器​技术​非常​符合​方案​的​要求,​并​能够​较好​的​达到​方案​预期​的​效果。​NI​公司​有着​丰富​的​虚拟​仪器​测试、​测量​产品​线,​可以​给​我们​提供​较大​的​选择​空间,​LABVIEW​是​一个​易学​易​用​的​开发​平台,​可以​快速​的​制作​出​复杂​有效​且​易​于​操作​的​测试​系统。​因此​我们​决定​选择​NI​公司​的​软​硬件​平台​开发​新的​测试​系统。

总体​方案​设计​如图所示

 

首先​由​电机​带动​装​有​滚​针​轴承​的​检测​系统​转动​起来​产生​待​采集​信号,​通过​加速度​传感器、​声​级​计​和​光电​传感器​将​信号​通过​信号​采集​卡​采集​到​上位​机​中​进行​分析,​需要​说明​的是​由于​加速度​传感器​产生​的​信号​很​微弱,​在​进入​计算​机​之前​需要​通过​信号​调理​器​的​预​处理。​用​labview​软件​包​中的​各种​处理​方法​对​信号​进行​分析,​就​可以​判断​出​滚​针​轴承​的​合格​品​与​非​合格​品​了。

 

3.​信号​的​采集​与​分析

对​滚​针​轴承​测试​最​关键​的​一点​就是​对​三​种​信号​的​一个​同时​采集​问题,​为了​方便​又​可以​满足​测试​要求,​我​选用​NI​公司​的​一种​便​携​式​USB​四​通道​采集​卡,​这种​采集​卡​的​特点​是​稳定​性​好、​占用​空间​小​并且​携带方便。​因为​在​低​频​下​轴承​的​轴​向​跳动​比较​明显,​高​频​下​振动​比较​明显,​我们​选用​5000​的​采样​率。​为了​减少​信号​处理​的​工作​量,​每次​尽量​采集​转​速​稳定​的​一段​信号。

在​对​信号​处理​方面,​利用​LABVIEW​丰富​的​信号​分析​处理​函数,​对​信号​的​时​频​域​特性、​小波​特性​等​进行​分析,​然后​与​标准​信号​进行​比较,​从而​判断​信号​是否​合格。

 

4.​软件​设计​和​实现

测试​软件​由​LABVIEW​平台​进行​开发,​它​将​各个​测试​模​块​有效​的​连接​起来,​对​测试​过程​进行​控制,​并​将​测试​结果​显示​在​上位​机​屏幕。​测试​完成​时,​将​测试​的​各个​参数​和​结果​以​多种​形式​储存​在​电脑​中,​以便​后​续​的​核查​使用。

软件​设计​主要​由​数据​采集​模​块、​数据​分析​模​块、​数据​显示​和​保存​模​块​三​部分​构成。​在​程序​编制​过程​中​采用​了​事件​结构。

在​数据​采集​模​块​中,​按照​一定​的​规范​设置​参数,​如​采样​频率、​采样​数、​触发​方式​和​采集​到​的​数据​格式​等。

在​数据​分析​模​块​中,​首先​从​数据​采集​模​块​中​读​取​数据,​得到​原始​数据​后,​利用​LABVIEW​中​带​的​函数​进行​分析​处理,​如​对​三​种​进行​同步​处理、​频​谱​分析、​小波​分析​等,​综合​处理​得到​的​结果,​对​振动、​噪声、​转​速​信号​是否​合格​进行​分析。

在​数据​显示​和​保存​模​块​中,​对​采集​到​的​原始​数据​和​处理​后​的​数据​以​表格、​图表​等​方式​进行​显示​和​保存。

 

 

 

结论:

通过​NI​公司​先进​的​测试​设备,​能够​准确​而​快速​地​对​硬件​进行​控制​和​数据​采集;​DAQmx​与​LABVIEW2012​软件​开发​平台​有效​结合,​通过​滚​针​滚​针​轴承​测试​台,​实现​三​种​信号​的​同时​采集​与​处理。​软件​结构​功能​强大,​稳定​可靠,​易​于​修改,​即使​一线​工人,​通过​简短​的​培训​也可以​操作​自如。

 

作者​信息:

杜 春英

图​3 ​部分​原始​图
图​4 ​处理​后​部分​图