基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载监测修正方法及装置

本发明涉及齿轮箱监测，具体涉及一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载监测修正方法及装置。

背景技术：

1、齿轮箱作为传动链的关键部分，通常是传动链中故障率最高、维修成本最昂贵的部件之一，故障率高是因为当齿轮箱在长时间传递高扭矩工作状态下，容易产生断齿、磨损、点蚀等问题，造成早期疲劳失效；而造成这一问题的主要原因是在制造误差、装配误差、齿轮箱体变形、载荷波动等因素综合作用下，齿轮箱行星轮系中各齿轮易产生啮合偏载，均载性能变差。因此对齿轮箱行星轮系均载系数进行监测，对保障齿轮箱高可靠运行具有重要意义。

2、现有技术中，可通过在太阳轮或内齿圈齿根处粘贴电阻应变片的直接测量方法，对齿轮箱行星轮系均载系数进行监测；采用该方法需要在齿轮箱内部完成粘贴，通常由齿轮箱制造商在出厂前完成集成。但由于粘贴在内齿圈或太阳轮齿根上的电阻应变片易脱落，其在长时间工作后如果脱落了，就需要将齿轮箱从传动链中取出来，造成停工。如果通过在齿轮箱内齿圈的合适位置处测量应变，根据应变间接计算均载系数可以避免上述停工的情况。但齿轮箱箱体与内齿圈固连的螺栓分布位置，可能会对内齿圈的应变产生影响，降低均载系数的计算精度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载监测修正方法及装置，以解决现有技术中存在的齿轮箱箱体与内齿圈固连的螺栓分布位置可能会对内齿圈的应变产生影响，降低均载系数的计算精度的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，包括以下步骤：

4、通过封装于钢带中的光纤光栅传感器获取齿轮箱内齿圈外表面的原始微应变；

5、基于原始微应变，提取随行星轮啮合而波动产生的应变峰谷值，并计算平均应变峰谷值；

6、计算光纤光栅传感器安装位置的刚度系数；

7、根据平均应变峰谷值和刚度系数，使用刚度差异补偿方法计算齿轮箱均载系数。

8、在一些可选的实施方式中，光纤光栅传感器沿内齿圈中间部分，等间隔分布在内齿圈外圆周表面。

9、在一些可选的实施方式中，光纤光栅传感器的数量设置行星轮个数的整数倍。

10、在一些可选的实施方式中，所述应变峰谷值为随行星轮啮合产生的应变峰值以及之后脱离啮合产生的应变谷值之间的差值。

11、在一些可选的实施方式中，所述平均应变峰谷值按以下方式获取：采集齿轮箱一段稳定工况下的工作时间内所有应变峰谷值，计算所有应变峰谷值的平均值，得到光纤光栅传感器在所述稳定工况下的平均应变峰谷值。

12、在一些可选的实施方式中，所述刚度系数按以下方式计算：

13、

14、其中，，为两个阶梯工况的输入扭矩，为两个不同工况的平均应变峰谷值。

15、在一些可选的实施方式中，根据平均应变峰谷值和刚度系数，按下式计算齿轮箱均载系数：

16、

17、其中，即当前工况下所有光纤传感器的修正平均应变峰谷值最大值，为当前工况下所有光纤传感器的修正平均应变峰谷值的平均值，表示光纤光栅传感器的刚度系数。

18、在一些可选的实施方式中，使用幅值修正系数替代刚度系数后，采用刚度差异补偿方法计算齿轮箱均载系数；所述幅值修正系数的计算方式如下:

19、其中，n为传感器个数，为各传感器的刚度系数。

20、在一些可选的实施方式中，根据平均应变峰谷值和述幅值修正系数，按下式计算齿轮箱均载系数：

21、

22、其中，即当前工况下所有光纤传感器的修正平均应变峰谷值最大值，为当前工况下所有光纤传感器的修正平均应变峰谷值的平均值，表示幅值修正系数。

23、第二方面，提供了一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测装置，包括封装钢带和带保护壳的光纤；光纤的信号传输接头与光纤解调仪信号连接，多个光栅传感器按等间距内置于光纤中；

24、封装钢带表面设有光纤封装槽和冲压凹槽，光纤嵌入安装于光纤封装槽内、与封装钢带固定连接；封装钢带沿圆周粘贴至风电齿轮箱内齿圈外表面。

25、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

26、1、通过光纤与整个钢带进行一体化封装，不需要将光纤光栅按点粘贴至风电齿轮箱行星级内齿圈外表面，大大降低了传感器安装难度，只需粘贴整个钢带，可进行现场即时施工，并且利于拆卸，能够重复使用，降低传感器监测成本。同时，相较于细小的普通裸露光纤，钢带封装大大提升了裸光纤光栅传感器的防护性能，降低整个传感系统的故障率，可避免某个光纤光栅传感器发生损坏而导致均载系数的计算精度下降。

27、2、考虑了内齿圈上外侧不同位置刚度的不同造成的应变幅值变化不同因素，降低了基于光纤光栅传感器的均载计算误差，提高了齿轮箱运行时外部光纤光栅传感器进行均载监测的精度。

1.一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，光纤光栅传感器沿内齿圈中间部分，等间隔分布在内齿圈外圆周表面。

3.根据权利要求2所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，光纤光栅传感器的数量设置行星轮个数的整数倍。

4.根据权利要求1所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，所述应变峰谷值为随行星轮啮合产生的应变峰值以及之后脱离啮合产生的应变谷值之间的差值。

5.根据权利要求4所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，所述平均应变峰谷值按以下方式获取：采集齿轮箱一段稳定工况下的工作时间内所有应变峰谷值，计算所有应变峰谷值的平均值，得到光纤光栅传感器在所述稳定工况下的平均应变峰谷值。

6.根据权利要求1所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，所述刚度系数按以下方式计算：

7.根据权利要求6所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，根据平均应变峰谷值和刚度系数，按下式计算齿轮箱均载系数：

8.根据权利要求6所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，使用幅值修正系数替代刚度系数后，采用刚度差异补偿方法计算齿轮箱均载系数；所述幅值修正系数的计算方式如下:

9.根据权利要求8所述的基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测值修正方法，其特征在于，根据平均应变峰谷值和述幅值修正系数，按下式计算齿轮箱均载系数：

10.一种基于钢带封装光纤传感的齿轮箱均载系数监测装置，其特征在于，包括封装钢带和带保护壳的光纤；光纤的信号传输接头与光纤解调仪信号连接，多个光栅传感器按等间距内置于光纤中；