一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测平台及监测方法与流程

本发明涉及重载齿轮传动系统状态监测，尤其涉及一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测平台及监测方法。

背景技术：

1、在重型机械、矿山设备及风电等领域，重载齿轮传动系统承担着大功率、高扭矩的动力传输任务，其运行状态直接关系到整机的安全与稳定。为保障系统可靠运行，状态监测技术被广泛应用，通过采集温度、振动、声音等信息，实现故障预警与诊断。传统的监测方式主要依赖固定式传感器网络，将传感器安装在齿轮箱的关键位置，实现对运行参数的持续采集。

2、然而，现有固定式监测方案在实际应用中存在明显不足。一方面，由于传感器位置固定，难以覆盖齿轮箱外部所有潜在故障区域，尤其对于结构复杂、部件分布广的重载系统，易产生监测盲区；另一方面，为提升监测全面性而增加传感器数量，会导致布线复杂、成本高昂，且在恶劣工况下传感器易受环境干扰或损坏，维护难度大。此外，单一模态传感器提供的信息有限，抗干扰能力弱，难以满足复杂工况下高精度故障诊断的需求。

3、因此，亟需一种能够实现灵活移动、多源信息融合的监测平台，提升对重载齿轮传动系统状态监测的全面性、准确性与可靠性，为此提出了一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测平台及监测方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测平台及监测方法，以解决现有重载齿轮传动系统状态监测中传感器固定安装导致覆盖盲区大、接触式测振布线施工困难以及单一传感数据诊断易误报的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测平台及监测方法，包括：固定平台，其上设有导向轨道；多轴移动模组，设于固定平台上，包括纵向移动平台、横向移动平台及垂直移动平台，纵向移动平台滑动设置在导向轨道上，横向移动平台设于纵向移动平台上，垂直移动平台可升降地设置于横向移动平台的下方；分级感知系统，包括设于纵向移动平台上的全局感知组件以及设于垂直移动平台底端的局部监测终端；全局感知组件包括第一测温热像仪和第一拾音器，用于采集重载齿轮传动系统的全局扫描数据，局部监测终端包括第一监控摄像机、第二测温热像仪和第二拾音器，用于定点采集重载齿轮传动系统的局部热像数据和局部声音信号；激光辅助测振组件，包括设于固定平台上的激光发射器，以及安装于重载齿轮传动系统表面的激光反射器，激光发射器发出的激光经激光反射器反射后形成反射光斑，且反射光斑位于第一监控摄像机的视场范围内；数据处理与控制系统，设于固定平台上，并与多轴移动模组及分级感知系统电性连接，其中，所述数据处理与控制系统包括异常识别与调度模块、振动信号解算模块及多源融合诊断模块；所述第一测温热像仪和第一拾音器与异常识别与调度模块的输入端连接，所述异常识别与调度模块的输出端与多轴移动模组的输入端连接，异常识别与调度模块用于将全局扫描数据与预设阈值比对以识别出异常区域，并驱动多轴移动模组将局部监测终端移动至异常区域；所述第一监控摄像机与振动信号解算模块的输入端连接，所述振动信号解算模块的输出端与多源融合诊断模块的输入端连接，振动信号解算模块用于处理第一监控摄像机获取的反射光斑的位移图像，解析并输出振动频谱特征；所述第二测温热像仪和第二拾音器与多源融合诊断模块的输入端连接，多源融合诊断模块用于将振动频谱特征、以及由局部监测终端采集的局部热像数据及局部声音信号进行特征融合，输出故障诊断结果。

3、优选的，所述固定平台包括顶架，导向轨道的数量为两个，且两个导向轨道对称设置在顶架上，顶架上固定有六根立柱，六根立柱均分为三组，分别命名为第一组、第二组和第三组，且第二组位于第一组和第三组之间，位于第一组和第三组中的立柱上设有用于驱动纵向移动平台移动的纵向驱动机构，且激光发射器安装在位于第二组中的其中一个立柱上。

4、优选的，所述纵向移动平台包括四个l型杆，l型杆上靠近其端部的上表面安装有导轨小车，且导轨小车滑动设置在导向轨道内，l型杆的顶端固定连接有矩形框，四个l型杆均分为两组，分别命名为第四组和第五组；纵向驱动机构包括钢丝绳和张力保持器，位于第一组中的其中一个立柱上安装有第一导绳轮，另一个立柱上安装有安装座，位于第三组中的其中一个立柱上安装有第一驱动电机，另一个立柱上安装有第二导绳轮，且第一驱动电机的输出端固定有驱动轮，位于第四组中两个l型杆的侧面上均安装有三个第三导绳轮，位于第五组中两个l型杆的侧面上均安装有三个第四导绳轮；所述钢丝绳的一端与安装座相连，其另一端先依次绕经第四组中两个l型杆侧面上的三个第三导绳轮，随后引向第一导绳轮；经第一导绳轮导向后，钢丝绳绕过第一驱动电机输出端的驱动轮，再绕经第五组中两个l型杆侧面上安装的三个第四导绳轮，经第二导绳轮导向后，最终钢丝绳的另一端与张力保持器相连，以构成绳轮传动，所述张力保持器为配重块。

5、优选的，所述横向移动平台包括安装在矩形框内的两个安装板，两个安装板的下表面固定连接有两个对称的滑轨，滑轨上滑动设置有移动台，且垂直移动平台安装在移动台的下表面，两个安装板之间设置有用于驱动移动台移动的横向驱动机构；横向驱动机构包括安装在其中一个安装板上的第二驱动电机和拉绳，第二驱动电机的输出端固定有主动轮，另一个安装板上安装有从动轮，移动台上固定有挂耳，拉绳套设在主动轮和从动轮上形成闭环结构，拉绳的两端分别固定在挂耳上。

6、优选的，所述垂直移动平台包括上壳体、下壳体以及设置在上壳体和下壳体之间的剪叉臂，且上壳体固定在移动台的下表面，上壳体内安装有提升电机，提升电机的输出端上缠绕有提升带，且提升带的自由端与下壳体相连。

7、优选的，所述第一测温热像仪的数量为两个，对称安装在矩形框的侧面上，第一拾音器的数量为四个，分别安装在靠近矩形框的四个拐角处。

8、优选的，所述第一监控摄像机安装在下壳体上，且第二测温热像仪和第二拾音器分别安装在第一监控摄像机的两侧，能够跟随第一监控摄像机同步转动，用于定点采集重载齿轮传动系统的局部热像数据和局部声音信号。

9、一种重载齿轮传动系统多源信息状态监测方法，包括以下步骤：

10、s1、通过多轴移动模组带动全局感知组件移动，采集重载齿轮传动系统的全局扫描数据，并利用异常识别与调度模块将全局扫描数据与预设阈值比对以识别出异常区域，随后驱动多轴移动模组将局部监测终端移动至异常区域，局部监测终端采集位于异常区域的重载齿轮传动系统的局部热像数据及局部声音信号；

11、s2、通过振动信号解算模块处理第一监控摄像机获取的反射光斑的位移图像，解析并输出振动频谱特征；

12、s3、通过多源融合诊断模块将振动频谱特征、局部热像数据及局部声音信号进行特征融合，输出故障诊断结果。

13、优选的，在步骤s1中，异常识别与调度模块具体用于：

14、从全局扫描数据中提取由第一测温热像仪获取的温度数据矩阵以及由第一拾音器获取的声音信号序列，将温度数据矩阵中的像素点温度值与预设温度阈值进行比对，将超过预设温度阈值的像素点标记为温度异常点，并对温度异常点进行连通域分析，将连通的温度异常点集合识别为温度异常区域，同时计算声音信号序列的短时能量，将超过预设能量阈值的信号片段识别为声音异常片段，当检测到温度异常区域或声音异常片段时，获取纵向移动平台的实时空间坐标，并结合温度异常区域的中心像素坐标或声音异常片段的声源方位参数，以及预设的第一测温热像仪和第一拾音器的标定参数进行坐标映射，计算生成异常区域的物理坐标，基于物理坐标生成驱动指令，控制多轴移动模组将局部监测终端移动至所述异常区域正上方。

15、优选的，在步骤s2中，振动信号解算模块具体用于：对第一监控摄像机采集的连续视频帧进行灰度化处理，并提取反射光斑的感兴趣区域，采用灰度重心法计算每一帧图像中反射光斑的质心坐标，构建随时间变化的位移序列，并对位移序列进行快速傅里叶变换，获取振动信号的频域特征，并提取特征频率幅值作为振动频谱特征；在步骤s3中，多源融合诊断模块具体用于：分别提取局部热像数据的温度梯度特征、局部声音信号的梅尔频率倒谱系数特征以及振动频谱特征的峰值因子，构建多维特征向量；将多维特征向量输入至预训练的故障诊断模型中，故障诊断模型输出不同故障类型的概率分布，根据概率分布中的最大概率值确定最终的故障诊断结果。

16、本发明的有益效果如下：

17、一、本发明通过分级感知系统与多轴移动模组的配合，利用全局感知组件采集重载齿轮传动系统的全局扫描数据，识别异常区域后，再通过多轴移动模组驱动局部监测终端移动至异常区域进行监测，从而扩大监测范围，便于对异常区域进行进一步的数据采集，减少固定式传感器监测范围受限带来的监测盲区。

18、二、本发明采用基于激光反射光斑成像的非接触式测振方式，通过将激光发射器固定于固定平台上，并使反射光斑位于第一监控摄像机的视场范围内，将振动位移反映为反射光斑的位移变化，再通过第一监控摄像机进行采集，从而实现振动信息的非接触式获取；同时，通过调整光路角度，可适应不同位置的监测需要。

19、三、本发明通过采用动滑轮组牵引与剪叉臂相结合的机械传动结构。纵向移动平台通过张力保持器（配重块）维持钢丝绳的张紧状态，使钢丝绳在牵引过程中保持张紧，并带动纵向移动平台移动；垂直移动平台利用剪叉臂结构并配合提升带传动实现升降，从而带动局部监测终端移动至不同高度位置进行监测。

20、四、本发明通过对全局扫描数据进行处理识别异常区域，并结合温度异常区域的中心像素坐标或声音异常片段的声源方位参数以及标定参数进行坐标映射，计算生成异常区域的物理坐标；随后，采用灰度重心法计算反射光斑的质心坐标，构建随时间变化的位移序列，并获得振动频谱特征，再将振动频谱特征、局部热像数据及局部声音信号进行特征融合，从而利用多种监测信息对重载齿轮传动系统进行故障诊断。