基于LabVIEW的滚动轴承故障诊断系统

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒ ｉｎｇ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒ ｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ．Ｓｉｇｎａ ｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｄｏｎｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ＬａｂＶＩＥＷ ｄｉａｇ ｎ ｏｓｉｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒ ｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒ ｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ ｖａｌｉｄａｔｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｅａｒ ｉｎｇ；ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ＬａｂＶＩＥＷ
滚动轴承故 障诊 断 系统主要 由振 动信号 采集 模块 和故 障 诊断模块组成 。振 动信 号采集 模块 主要使 用加 速度传 感器 及 ＮＩ数据采集卡来采集 滚动 轴承振 动信号 。故 障诊断 模块 是基 于 ＬａｂＶＩＥＷ 程序来 实现 的 ，主要 功能是 对 已经 采集 的信 号采 用时域无量纲参数 和频 域故 障特征 频率 提取 的方法 来进 行分 析和故障诊 断。系统总体结 构图如图 １所示 。 ２ 系统 硬 件 组 成 ２．１ 系统硬 件元件
摘要 ：为 实现对滚动轴承工作状 态的监测 ，提 出了一种基 于 ＬａｂＶＩＥＷ 的滚动轴 承故 障诊 断 系统 的设计 方案 ，给 出了 滚动轴 承振 动信 号的采集与故障诊 断方法 ，在 ＬａｂＶＩＥＷ 的诊 断平 台下进行信号处理与分析 ，然后 结合滚动轴承 故障诊 断 理论 与信 号分析 结果来对该轴承运行状 态进行判断 。最后利用旋转机械振动及故障模拟试验平 台对该 系统进行验证 ，验 证 结果体现 了该 系统具有可行性和适 用性 。 关键词 ：滚动轴承 ；故障诊 断 ；ＬａｂＶＩＥＷ 中图分类号 ：ＴＰ２７７ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１００２－１８４１（２０１６）０３－００７４—０３
２０１６年 第 ３期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１６ Ｎｏ．３
基 于 ＬａｂＶＩＥＷ 的滚 动 轴承 故 障诊 断 系统
喻 洋洋 ，周凤 星 ，严保 康
（武汉 科技 大学信 息科学与工程学院 ，湖北武汉 ４３００８１）
０ 引 言 滚 动轴承是大型机 械系 统 的重 要组 成部 分 ，具有 效率 高 、
摩擦 阻力 小、装配方便 、润滑容易等特点 ” ，因此在旋 转机械 中 得 到广泛的应用。但 由于滚动轴承易 损坏 ，使得 许多旋 转机械 的故 障都 与滚 动轴 承有 关。对大 型机械 早期 故障进 行监 测与 诊 断 ，提高大 型机 械的安全 可靠 运行能力 ，预 防重大事故 发生 ， 实 现大型机械早期故障诊断与安全 运行时 间预测的 目标 ，将 为 企业 带来 巨大 的经济效 益 和社会效 益 。当轴 承存 在局部 故 障 时 ，由于振动产生 瞬态 的 冲击 信号 ，而振动信 号 能够 反 映 出来 ６０％～７０％的机 械故 障 。通 过采 集 轴 承工 作状 态 时 的振 动 信 号 ，并对其进行信 号分 析 ，从而对 轴承 工作状 态进行 检测 与 诊 断 。 １ 系统 总体 方案设计
＿＿＿ ＿＿－－ 。●＿ ＿＿＿＿一
－。。。一
撮动信号 采集模块
振动信号故障诊断模块
图 １ 系统 结 构 图
是基 于旋 转机械振 动及 故障模 拟试验平 台所 设计 ，并 配 以振 动 加速度传感器 、数据采集பைடு நூலகம்及 ＰＣ机一 台。
旋转机械振动及故障模 拟试 验平 台是 由变 速驱 动电机 、轴 承 、齿轮箱 、轴、偏重转盘 、调速器等组成 。通 过调节 配重 ，调 节 部分的安装以及组 件 的有 机组 合快速 模拟各 种故 障。分别 在 待检测的轴承的 轴方向和 ｙ轴方 向安装 ＩＭＩ－６２６Ｂ０３，其灵 敏度为１ ０００ ｍＶ／ｇ、频 率范 围在 ０．５～２ ０００ Ｈｚ、测 量 值范 围为 一 ５～＋５ ｇ。该 型号振动加 速度传感 器具有灵 敏度 高 、频 率范 围 宽 、线性动态范 围大 、体积小等优点 ，因此 本系统设计 中选择 该款传感器装置 。
硬件平 台是故障诊断系统 的基础 ，滚动 轴承故 障诊断系统
滚动
振 轴 故 轴
轴承
数据 动 承 障 承
故障 藤 — ■ 采集卡 信 号 故 譬 ——■ 特 征 故 霪
平台 器 －Ｐ６Ｃ２２Ｉ ０ 集采程 ——■ 鑫 錾 密
序
算
－＿＿●＿ ＿＿＿＿＿ ＿一
Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ
ＹＵ Ｙａｎｇ—ｙａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ—ｘｉｎｇ ，ＹＡＮ Ｂａｏ—ｋａｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗ ｕｈａｎ ４３００８１，Ｃｈｉｎａ）