基于LabVIEW滚动轴承故障监测系统的研究

1、第31卷第12期2010年12月煤矿机械CoalMineMachinery故障·诊断基于LabVIEW滚动轴承故障监测系统的研究张春芝1，2，冯海明2，仲丛和3，吴绍团北京102400）3（1.中国矿业大学，北京100083；2.北京工业职业技术学院，北京100042；3.中煤北京煤矿机械有限责任公司，摘要：主要介绍了基于LabVIEW的滚动轴承故障监测系统监测原理、监测方法和软硬件开发过程。该系统充分利用计算机技术、数据采集技术、信号分析与处理技术、故障诊断理论来提高对滚动轴承的监测与故障诊断水平，集成了传统检测仪器的功能，提供了友好的人机界面，并能在线显示数据。关键词：滚动轴承；

2、监测；故障诊断中图分类号：TH133.33；TP31文献标志码：A文章编号：10030794（2010）12020403ResearchonFaultMonitoringSystemofRollingBearingBasedonLabVIEWZHANGChun-zhi1，2，FENGHai-ming2，ZHONGCong-he2，WUShao-tuan3（1.ChinaUniversityofMiningandTechnology，Beijing100083，China；2.BeijingIndustryVocationalandTechnicalCollege,Beijing100042,C

3、hina；3.ChinaCoalBeijingCoalMiningMachineryCo.,Ltd.,Beijing102400,China）Abstract:Thefaultmonitoringprinciple,montitoringmethodsandhardwareandsoftwaredevelopmentprocessofrollingbearingbasedonlabviewareintroduced.Thefaultmonitoringsystemisfulluseofcomputetechnology，dataacquisition，signalanalysisandproc

4、essingtechniques,faultdiagnosistheorytoimprovethemonitoringandfaultdiagnosisofrollingbearinglevel.Thesystemintegratedthefunctionsoftraditionalinstrumengtation，provideafriendlyman-machineinterfaceanddisplayrollingmonitoredoperatingparameters.Keywords:rollingbearing；monitoring；faultdiagnosis1滚动轴承故障监测的

5、工作原理滚动轴承的运行状态是否正常直接影响到整机的性能，一般根据监视与诊断所采用的状态变量把滚动轴承工况监视与故障诊断分为温度法、油样分析法和振动法。其中，振动法是通过安装在轴承座或箱体适当方位的振动传感器监测轴承振动信号，并通过对此信号的分析和处理对轴承的工作状况和故障进行判断。它具有信号测试、处理简单直观和诊断结果可靠等优点。本监测系统主要具有2个功能：一是状态检测：检测轴承运行状态，判断寿命和是否出现异常；二是故障诊断：发现状态检测信号异常，诊断故障状况。冲击脉冲法是用与轴承状态检测的主要方法。冲击脉冲法的原理是：当轴承在运行过程中有故障发生时，会发生脉冲性振动。该脉冲振动由于存在阻尼的

6、作用，是一种衰减性振动，因而脉冲的强弱反应了发生故障的程度。根据标准冲击能量dBN值，将轴承的工作状态分为4种，分别为：0dBN20dB，正常工作状态；20dBdBN35dB，轻微损󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁&#

7、983041;󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁波法和算术平均滤波法2个步骤的内容，相对于这可以将多个瓦斯监测报警系统与中央控制系统联2种方法，中位值平均法的数据运算比较稳定，可以消除脉冲干扰引起的采样误差，但是，这种方法运算量较大，测量速度缓慢，不适合数

8、据变化较快的场合，在矿井瓦斯监测系统中，考虑到瓦斯浓度变化速度较小，这种方法可以满足测量要求。该系统完成了煤矿矿井的瓦斯监测和报警系统的实现，该系统的特点是硬件电路比较简单，大多数工作是由软件系统实现的，因此，该系统仍然有很大的发展可后续开发空间，例如，可以在此系统的基础上发展煤矿的智能监测和通风系统，并且合构成网络控制系统，从而可以实现多个地点联合控制和矿井瓦斯监测系统的远程监测和控制系统。参考文献：1李海学.PIC单片机实践M.北京：航空航天大学出版社，2004.2崔国利.感湿元件湿度测试系统研究与开发，硕士学位论文D.内蒙古工业大学，2009.3单成祥.传感器的理论与设计基于及其应用M.

9、北京：国防工业大学出版社，1999.作者简介：倪涛（1968-），江苏启东人，黄冈职业技术学院机电系，副教授，研究方向：电气自动化，电子信箱：66581401.责任编辑：于淑清收稿日期：20100528204至信号处理模块伤状态；35dBN60dB时，严重损伤状态；dBN60dB时，危险状态，轴承出现严重损伤。对不同工作状态应采取不同的轴承检测状态，分别为：定期监测、实时检测、重点监测和停机、维修、更换轴承。共振解调法进行故障诊断的一种常用方法。该方法利用传感器及电路的谐振，将轴承故障冲击引起的衰减振动放大，利用解调技术将轴承故障信息提取出来，通过对解调后的信号作频谱分析，完成对轴承的故障诊断

10、。滚动轴承的检测及诊断技术路线如图1所示。首先通过传感器测得的冲击脉冲值来检测轴承状态。如果没有异常，则表明轴承运行正常；如果出现异常且显示轴承处在寿命发展的第4阶段，则应该考虑停机。如果出现异常但还没有发展到寿命第4阶段，则可继续运行，并利用振动分析法对其进行故障诊断，得到故障、部位及程度，最后根据诊断结果提出具体的解决方案。状态检测是否芯轴传感器1传感器2被测轴承驱动装置图3轴承的振动信号测点采集模块采用DHF-2型电荷放大器将传感器输出的模拟信号进行放大,并做一些初始处理,送入PCI-6122数据采集卡，再经过A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号，并将其送入计算机,最后经过编制的软件完

11、成对信号的采集、处理、分析和显示等功能。2.2软件设计监测系统软件的编制采用LabVIEW平台。LabVIEW是美国国家仪器（NI）公司开发的一种基于图形程序的虚拟仪器编程语言。在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获得了广泛的应用。（1）系统监测软件功能系统监测软件主要实现的功能：异常？否寿命报警？是故障诊断故障状况数据与图形显示：完成对轴承状态实时监测和显示，并给出状态信息，具体内容包括：振动幅值监测，如振动的平均值、峭度、峰值因子和峰值的显示；各种监测图形的显示，如时域振动信号图，频域信号图和频谱分析图等；轴承状态的显示等工作。状态正常停机解决方案图1轴承检测诊

12、断技术路线22.1滚动轴承故障监测系统的软硬件设计硬件设计滚动轴承故障监测系统的基本环节如图2所数据存储：每间隔一定的时间将采集到的原始数据进行存储，以便以后分析。诊断报警：经过故障分析，给出报警提示和诊断结果，程序运行时一旦出现异常，指示灯由绿色变为红色，实现报警提示并显示异常的内容。（2）软件编制在轴承故障监控系统中,虚拟仪器设计和振动信号分析处理软件是本系统的关键。软件系统由3个主要模块组成：监测系统模块、数据分析模块、故障诊断模块如图4所示。监测系统：主要完成数据的在线监测、对监测数据的保存、对已有数据的回放等操作；数据分析：数据分析主要对监测到的数据进行时域分析、频域分析、数字滤波、

13、Hiber变换、功率谱分析。通过对采集到的数据进行各种分析为后面的故障诊断提供判断依据；故障诊断：通过特征频率计算与故障监测的组合应用完成对监测状态的判断，确定所监测的滚动轴承是否有故障，若有故障，通过报警提示，示。整个系统划分为3部分：振动测试平台与传感器系统、采集模块和计算机信号处理与分析模块。带通滤波包络检波轴承座传感器信号调理A/D转换器FFT变换状态分析故障诊断测试平台采集模块计算机图2滚动轴承故障监测系统组成振动测试平台用于产生滚动轴承工况监视与故障诊断所需的振动信号，传感器采用YD-5、YD-8压电式加速度传感器。滚动轴承的振动信号测点位置如图3所示，测点位置直接选在轴承座上靠近

14、轴承承载区处，同时在测点处做好标记，以保证不会由于测点部位的不同而导致测量值的差异。205并通过故障判断完成故障部位的确定和提示，若没有故障，则显示无故障。轴承振动状态检测分析系统监测系统状态监测监测数据的采集监测数据的回放数据分析时域分析频域分析数字滤波故障诊断特征频率的计算（b）功率谱故障监测故障判断阶段判断图5试验数据和结果Hibert变换功率谱分析3结语通过滚动轴承振动信号的采集及与计算机的图4软件系统结构（3）系统测试在试验中使用带防尘盖的深沟球轴承，对外圈进行故障判断。所用轴承为GB/T276-19946210-Z，转速设定为480r/min。试验数据和结果如图5所示。连接，并通过

15、强大的图形编程语言与硬件设备的结合，对滚动轴承故障监测系统的主要功能进行虚拟设计，改变传统的仪器操作方式，使仪器面板简洁明了化，人机交互性强，为滚动轴承的监控提供了较全面的技术指导。该系统使用方便、结构灵活、易于拓展，其设计实施的总体思路适用于各种大型复杂机械的故障诊断，具有一定的通用性。参考文献：1宋振华，李素有，杜小军.基于LabVIEW的振动实验控制与数据采集系统J.实验技术与管理，2006（51）：7274.2张建国，常英丽.减速器中滚动轴承的故障监测研究J.煤矿机械，2005，26（1）：135-136.3吴又南，刘双发.新编滚动轴承应用技术手册K.上海科学技术出版社,1995.4陈

16、向东，赵登峰，王国强，等.基于神经网络的滚动轴承故障监测J.轴承，2003（2）：2326.5李世玲.基于小波包能量特征的滚动轴承故障监测方法J.系统仿真学报，2003（1）：76-80.作者简介：张春芝（1970），女，安徽蚌埠人，副教授，主要从事机电设备状态监测和故障诊断研究，1993年毕业于阜新矿业学院，2004年北京工商大学获硕士，现中国矿业大学在职博士，电话8643，电子信箱：bmjzsx.（a）Hibert变换图责任编辑：于淑清收稿日期：20100517!KTC11矿用通信控制保护装置的应用兖州矿业（集团）公司南屯煤矿在7317下顺槽、3313东顺槽和十一采区轨道上山3条带式输送机巷应用KTC11矿用通信控制保护装置后，故障显示清晰，利于故障发现和排除，现场使用效果良好。KTC11矿用通信控制保护装置是以计算机技术为基础，主要用于煤矿井下掘进机、胶带输送机和刮板输送机的控制、保护及沿线通信。当掘进机、带式输