磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)及其磨削故障信號的提取和診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨床顫振監(jiān)測領(lǐng)域,尤其涉及一種磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)及其磨削故障信號的提取方法和診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軋輥磨床為金屬切削機床,在軋機中主要用來磨削軋輥,主要由床身、頭架、尾架、托架、縱橫拖板、磨頭、測量架及電氣數(shù)控系統(tǒng)組成,分為承載系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、磨削系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個子系統(tǒng),其中工件由頭架、尾架和托架支撐,并由頭架驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。磨床性能的好壞直接影響著軋輥質(zhì)量的好壞,而軋輥質(zhì)量的好壞對軋制鋼材起著至關(guān)重要的作用。磨床磨削過程中普遍存在著顫振的現(xiàn)象,主要是由刀具與工件之間的自激振動引起的,在軋機中顫振會誘發(fā)軋輥表面產(chǎn)生振紋,降低加工精度,加劇刀具磨損,產(chǎn)生過大噪聲,甚至導(dǎo)致生產(chǎn)率的下降,并加速磨床的耗損。
[0003]目前,如何抑制磨床磨削中的顫振,保證軋輥的質(zhì)量,已成為國內(nèi)外研究的重要課題,其中顫振監(jiān)測信號的采集和診斷尤為重要。在顫振監(jiān)測信號的采集研究中,授權(quán)公告號為CN101829951B的中國發(fā)明專利《外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實時監(jiān)測方法》中通過聲發(fā)射傳感器采集聲發(fā)射信號,利用信號的均方根建立與工件表面粗糙度關(guān)系模型,實現(xiàn)對磨削質(zhì)量的實時監(jiān)測;但該監(jiān)測方法受操作環(huán)境中各類隨機干擾較多,均方根反應(yīng)振動能量大小,僅用均方根很難排除這些干擾,必須結(jié)合其他參數(shù)以及合理的組合方式,才能準(zhǔn)確反映磨削后軋輥表面質(zhì)量。在顫振監(jiān)測信號的采集中,研究人員往往忽視了傳感器布置位置的重要性,而實際上傳感器布置的合適與否直接關(guān)系著所測得的信號是否真實可靠,制約著磨床顫振監(jiān)測的正確性。而在顫振監(jiān)測信號的診斷中,由于磨床在磨削過程以及軋輥在軋制過程中都存在著不可避免的速度波動情況,導(dǎo)致傳感器采集的振動信號為非平穩(wěn)隨機信號,同時也很可能帶來頻率調(diào)制現(xiàn)象,從而掩蓋了磨削顫振信號,因此如何從振動信號中提取和診斷磨削顫振信號還是一個難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)而提供一種監(jiān)測精度高的磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供上述磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)采集的磨削故障信號的提取方法。
[0006]本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題是提供上述磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)采集的磨削故障信號的診斷方法。
[0007]本發(fā)明解決第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于:包括用來采集軋輥振動信號的第一傳感器和第二傳感器、用來控制第一、第二傳感器的監(jiān)控裝置以及用來將第一、第二傳感器采集到的軋輥振動信號傳輸給所述監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)采集裝置,其中所述第一、第二傳感器均設(shè)置在磨床的尾架上,且所述第一傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向一致,而所述第二傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)行方向垂直。
[0008]為使信號傳輸不受線路的限制,便于實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程監(jiān)測,所述第一傳感器和第二傳感器均為無線傳感器。
[0009]本發(fā)明解決第二個技術(shù)問題所述采用的技術(shù)方案為:其包括以下步驟:
[0010]I)所述第一、第二傳感器采集軋輥的振動信號;
[0011]2)所述數(shù)據(jù)采集裝置分別獲取所述第一傳感器和第二傳感器采集到的軋輥振動信號并發(fā)送給所述檢測裝置;
[0012]3)所述監(jiān)控裝置從數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的軋輥振動信號中提取由于磨削力波動而產(chǎn)生的故障信號。
[0013]上述步驟3)中根據(jù)磨削力表達(dá)式:
[0014]FN=kN {[ ε w(t)-a ε w(t_ τ w)]-[ ε g(t)_ ε g(t_ τ g) ]},采用包絡(luò)檢波方法從該軋輥的振動信號中提取出磨削力波動產(chǎn)生的故障信號,其中1%表示接觸剛度,τ g表示砂輪的時間延遲系數(shù),\表示軋輥的時間延遲系數(shù),eg表示砂輪的磨削量,%表示軋輥的磨削量,a表示磨削量交疊系數(shù)。
[0015]本發(fā)明解決第三個技術(shù)問題所述采用的技術(shù)方案為:其包括以下步驟:
[0016]I)根據(jù)實際要求設(shè)置所述第一、第二傳感器各監(jiān)測參數(shù)特征值對應(yīng)的閾值,包括紅燈閾值δ (R)u、黃燈閾值δ、嚴(yán)重報警閾值K1、輕微報警閾值K2以及預(yù)警閾值K3,其中δ (R)ij表示與該第i個傳感器的第j個監(jiān)測參數(shù)特征值對應(yīng)的紅燈閾值,而δ (Y)ij表示與該第i個傳感器的第j個監(jiān)測參數(shù)特征值對應(yīng)的黃燈閾值,δ (R)ij, δ (¥\_均為大于零的任意數(shù)值且當(dāng)1、j 一定時δ (R)ij > δ KpKjPK3均為大于零的任意數(shù),且K1 >K2 > K3 ;
[0017]2)分別根據(jù)與所述第一傳感器和第二傳感器對應(yīng)的故障信號,計算出各個故障信號的監(jiān)測參數(shù)特征值Zu= [RMS值,峭度值,包絡(luò)值],其中Zu表示第i傳感器的第j個監(jiān)測參數(shù)特征值,I彡i彡2,I彡j彡3且1、j均為整數(shù);
[0018]3)判斷Zij彡δ (R) u,設(shè)置Yij來表示各傳感器的各監(jiān)測參數(shù)特征值的相對大小,根據(jù)不同結(jié)果來設(shè)置不同的Yu值,其中Yu可設(shè)置為O或I或2 ;
[0019]4)根據(jù)公式K= Skij X Yij計算出K值,其中ku表示第i傳感器的第j個監(jiān)測參數(shù)特征值的權(quán)值,kij為區(qū)間[0,I]之間的任意數(shù)值;
[0020]5)將步驟4)中所得的K值與所述1、K2、K3進(jìn)行比較:
[0021]當(dāng)K彡K1,報警燈為紅燈,實現(xiàn)嚴(yán)重報警;
[0022]當(dāng)K1X彡K2,報警燈為橙燈,實現(xiàn)輕微報警;
[0023]當(dāng)K2>K ^ K3,報警燈為黃燈,實現(xiàn)預(yù)警報警;
[0024]否則報警燈為綠燈,表示運行正常;
[0025]6)生產(chǎn)報警記錄。
[0026]上述步驟3)中:當(dāng)Zij彡δ (R) Ij成立時,所述Yij設(shè)置為2 ;
[0027]當(dāng)Zij彡δ (R) Jj不成立時,進(jìn)一步判斷Zij彡δ (Y)ij是否成立;
[0028]當(dāng)Zij彡δ (Y) Jj成立時,則Yij設(shè)置為I,否則設(shè)置為O。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0030]1、本發(fā)明的磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)中包括第一傳感器、第二傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和檢測裝置,其中第一傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向一致,而第二傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向垂直,提高了第一傳感器和第二傳感器采集到的軋輥振動信號的真實性,為監(jiān)測的高精度提供信號依據(jù)。
[0031]2、本發(fā)明采用包絡(luò)檢波法提取故障信號以及該故障信號的監(jiān)測參數(shù)特征值,這樣可更好地從軋輥振動信號中解調(diào)出磨削故障信號,為磨床顫振的監(jiān)測診斷的高精度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0032]3、本發(fā)明的磨削故障信號診斷考慮了多種磨削故障信號的監(jiān)測參數(shù)特征值,采用多重報警的形式,較為合適地排除了現(xiàn)場出現(xiàn)的各種隨機干擾,提高了監(jiān)測精度,可使人們更好地把握磨床磨削狀況,從而提高軋輥質(zhì)量。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明中磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0034]圖2為本發(fā)明中第一、第二傳感器設(shè)置位置示意圖;
[0035]圖3為本發(fā)明中磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測診斷流程圖。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037]如圖1、2所示,用來磨削軋輥3的磨床包括頭架1、尾架2、砂輪4等結(jié)構(gòu),其中軋輥3設(shè)置在頭架I和尾架2之間,而砂輪4沿著垂直于該軋輥3的方向進(jìn)給,對軋輥3進(jìn)行磨削。本發(fā)明中的磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)包括第一傳感器7、第二傳感器8、數(shù)據(jù)采集器6和監(jiān)控裝置5,其中:該第一傳感器7和第二傳感器8均布置在該尾架2上,且第一傳感器7的布置方向與砂輪4的進(jìn)給方向相同,而第二傳感器8的布置方向與該砂輪4的進(jìn)給方向垂直,這樣可提高第一、第二傳感器7,8采集到的軋輥振動信號的真實性;數(shù)據(jù)采集裝置6分別獲取第一傳感器7和第二傳感器7采集到的軋輥振動信號并將振動信號發(fā)送給該監(jiān)控裝置5 ;該監(jiān)控裝置5通過該數(shù)據(jù)采集裝置6控制該第一傳感器7和第二傳感器8工作。上述第一傳感器7和第二傳感器8均為無線傳感器,這樣可使信號的傳輸不再受到線路的限制,以便實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程監(jiān)測。
[0038]如圖3所示,上述磨床顫振監(jiān)測系統(tǒng)運作過程中,首先由第一傳感器7和第