發(fā)布時(shí)間：2020-08-11 18:03

【摘要】：螺栓連接是一種非常普遍的工件連接方式,存在而不限于于絕大多數(shù)機(jī)械、橋梁、鐵路軌道工程中。螺栓連接的緊密狀況易受工件振動、疲勞腐蝕等因素的影響,從而導(dǎo)致其松動、斷裂、丟失等故障,而造成進(jìn)一步的損失。各地各工程因小小的螺栓松動而導(dǎo)致的重大事故也屢見不鮮。由此可見對螺栓連接狀態(tài)的檢測和評估顯得極具重要意義。而傳統(tǒng)通過人工判斷螺栓是否擰緊來逐個(gè)判斷其連接是否出現(xiàn)問題,存在受器械工作要求約束、人工無法長時(shí)間實(shí)時(shí)檢測、某些工作環(huán)境對檢測人員有害等缺點(diǎn),使得人們更為傾向于使用智能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測,達(dá)到實(shí)時(shí)性高、人員安全的目的。根據(jù)基于相位差的螺栓連接狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)需求及相關(guān)技術(shù)原理,系統(tǒng)由振動信息采集模塊、FPGA系統(tǒng)模塊、CAN總線收發(fā)模塊與上位機(jī)模塊四部分組成。其中,振動信息采集模塊由壓電陶瓷傳感器、模擬運(yùn)算放大電路與高速AD轉(zhuǎn)換器組成,設(shè)計(jì)在該模塊加入可調(diào)節(jié)電路放大倍數(shù)的功能使得系統(tǒng)適用于更多的應(yīng)用場合;FPGA系統(tǒng)模塊包含對高速AD的驅(qū)動、FIR濾波、對CAN控制器的驅(qū)動模塊以及數(shù)據(jù)流填裝的功能模塊,通過設(shè)計(jì)的AD驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)以單個(gè)AD采樣器對兩路信號的低間隔準(zhǔn)同步采樣,通過FIR濾波器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到對數(shù)字濾波器性能的提升。CAN總線收發(fā)模塊由CAN控制器、CAN收發(fā)器及傳輸總線組成,通過加入分裂終端的形式,提高該傳輸電路的抗干擾性并實(shí)現(xiàn)對信號的高可靠性傳輸。上位機(jī)模塊包含數(shù)據(jù)處理歸檔、波形顯示、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算等功能,能夠?qū)崿F(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的相應(yīng)處理、計(jì)算、保存及歷史數(shù)據(jù)查詢。針對用于計(jì)算相位差的準(zhǔn)同步DFT非整數(shù)修正算法在實(shí)時(shí)性方面的不足,結(jié)合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式,在該算法基礎(chǔ)上提出新的迭代方式以適應(yīng)本系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性與精度的要求。對該改進(jìn)算法進(jìn)行相關(guān)的分析及測試后,得出結(jié)論:做該改進(jìn)后的準(zhǔn)同步DFT非整數(shù)修正算法其運(yùn)算量更少,實(shí)時(shí)性更高。在完成了搭建模擬測試裝置與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后。檢驗(yàn)了該系統(tǒng)的可行性與可靠性。該系統(tǒng)能夠有效并清楚反映出受測螺栓連接的當(dāng)前狀況,達(dá)到了對于螺栓連接狀況監(jiān)測的目的,相較與之前的監(jiān)測技術(shù)具有實(shí)時(shí)性高、操作簡單、易于應(yīng)用的特點(diǎn)。而以相位差作為判斷螺栓松動的判斷切入點(diǎn)亦可作為一種的新的監(jiān)測手段。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH131.3;TP274
【圖文】：

1.1 引言螺紋連接是一種古老而可靠的簡單機(jī)械機(jī)構(gòu)，其歷史可追溯到公元前400年前后，因其制作工序繁瑣且復(fù)雜，導(dǎo)致價(jià)格昂貴，在 15 世紀(jì)時(shí)，其主要應(yīng)用于時(shí)鐘、火槍及士兵裝甲等為數(shù)不多的領(lǐng)域[1]。目前多數(shù)研究者同意的是，工業(yè)革命加速了螺栓及螺母的發(fā)展，并使其普及到工程、機(jī)械和建筑等廣泛的領(lǐng)域，成為這些領(lǐng)域中重要的零部件[2]。隨后螺栓及螺紋的發(fā)展在經(jīng)歷了兩次世界大戰(zhàn)后由不同標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一到使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)由不同的原材料發(fā)展為使用更為新奇的原材料以滿足不同環(huán)境下的不同使用需求。使得螺栓連接進(jìn)一步成為了一種非常普遍常見的工件聯(lián)接方式。而在近年來隨著我國的發(fā)展與現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入，國家的工業(yè)化、自動化水平不斷提高，使得機(jī)械制造技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，被譽(yù)為“工業(yè)之米”的螺栓在各機(jī)械、汽車、軌道鐵路、橋梁、航空航天工程中也是隨處可見[3]。

圖 1-2：新疆托克遜風(fēng)場風(fēng)電機(jī)倒塌事故現(xiàn)場列慘痛的教訓(xùn)在造成人員傷亡的同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失工程影響，由此可見小小的螺栓連接關(guān)系到的是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)作人員的安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)稱，每年發(fā)生在世界各地的因固件松動失達(dá)到數(shù)十億美元以上[7]。如果不能及時(shí)并準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)螺栓連

圖 2-1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖振動信號采集模塊的主要功能是通過壓電陶瓷傳感器將兩被連工件的振動加速度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過增益可調(diào)的運(yùn)算放大電路，將相對較弱的振動信號放大，以適應(yīng)后級電路的需要。再通過 12 位的 AD 采樣電路對采集信號進(jìn)行低間隔采樣。最后將被連件的振動信號以數(shù)字信號的形式發(fā)送至后級電路。FPGA 系統(tǒng)模塊的主要功能包括：對 AD 芯片進(jìn)行驅(qū)動與控制，以確保采樣信號的采樣率及采樣間隔符合濾波器要求；對振動信號進(jìn)行數(shù)字濾波處理，以達(dá)到過濾高階諧波的目的；對兩路信號數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存操作，以適應(yīng)后級發(fā)送要求；對 CAN 總線控制器進(jìn)行相應(yīng)配置引導(dǎo)與控制，以得到數(shù)據(jù)傳輸過程中對數(shù)據(jù)包的收發(fā)功能。CAN 總線系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)包以 CAN 總線報(bào)文的形式進(jìn)行收發(fā)，使該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)具備 CAN 總線的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)與指標(biāo)。并在接收端將 CAN 發(fā)送的報(bào)文轉(zhuǎn)換為串口的數(shù)據(jù)形式發(fā)送給 PC 上位機(jī)。上位機(jī)監(jiān)測處理中心的主要功能是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收與相應(yīng)的處理。過程中以改進(jìn)后的準(zhǔn)同步 DFT 非整數(shù)修正算法對兩信號的一階振動信號求初始相位，進(jìn)而得到相

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本文編號：2789387