【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(dòng)、疲勞腐蝕等因素的影響,從而導(dǎo)致其松動(dòng)、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(dòng)而導(dǎo)致的重大事故也屢見不鮮。由此可見對(duì)螺栓連接狀態(tài)的檢測(cè)和評(píng)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(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)檢測(cè)、某些工作環(huán)境對(duì)檢測(cè)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(cè),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(cè)系統(tǒng)需求及相關(guān)技術(shù)原理,系統(tǒng)由振動(dòng)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(dòng)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(chǎng)合;FPGA系統(tǒng)模塊包含對(duì)高速AD的驅(qū)動(dòng)、FIR濾波、對(duì)CAN控制器的驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式實(shí)現(xiàn)以單個(gè)AD采樣器對(duì)兩路信號(hào)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(duì)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(duì)信號(hào)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(duì)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(duì)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(duì)實(shí)時(shí)性與精度的要求。對(duì)該改進(jìn)算法進(jìn)行相關(guān)的分析及測(cè)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(cè)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(cè)螺栓連接的當(dāng)前狀況,達(dá)到了對(duì)于螺栓連接狀況監(jiān)測(cè)的目的,相較與之前的監(jiān)測(cè)技術(shù)具有實(shí)時(shí)性高、操作簡(jiǎn)單、易于應(yīng)用的特點(diǎn)。而以相位差作為判斷螺栓松動(dòng)的判斷切入點(diǎn)亦可作為一種的新的監(jiān)測(cè)手段。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH131.3;TP274
【圖文】：

1.1 引言螺紋連接是一種古老而可靠的簡(jiǎn)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(guó)的發(fā)展與現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入，國(guó)家的工業(yè)化、自動(dòng)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(chǎng)風(fēng)電機(jī)倒塌事故現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(dòng)信號(hào)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(dòng)加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過增益可調(diào)的運(yùn)算放大電路，將相對(duì)較弱的振動(dòng)信號(hào)放大，以適應(yīng)后級(jí)電路的需要。再通過 12 位的 AD 采樣電路對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行低間隔采樣。最后將被連件的振動(dòng)信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式發(fā)送至后級(jí)電路。FPGA 系統(tǒng)模塊的主要功能包括：對(duì) AD 芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與控制，以確保采樣信號(hào)的采樣率及采樣間隔符合濾波器要求；對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，以達(dá)到過濾高階諧波的目的；對(duì)兩路信號(hào)數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存操作，以適應(yīng)后級(jí)發(fā)送要求；對(duì) 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(duì)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(cè)處理中心的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)兩信號(hào)的一階振動(dòng)信號(hào)求初始相位，進(jìn)而得到相

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本文編號(hào)：2789387