【摘要】：隨著現(xiàn)代化工業(yè)大生產(chǎn)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的日益進(jìn)步,機(jī)械設(shè)備不斷向大型化、連續(xù)化、高速化、重載化和智能化等方向發(fā)展。這些發(fā)展極大地降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及服務(wù)速度。然而,生產(chǎn)設(shè)備一旦發(fā)生故障或故障得不到及時(shí)排除,就可能影響整個(gè)生產(chǎn)過程,不僅會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)效率、造成經(jīng)濟(jì)損失,而且會(huì)增加企業(yè)的維護(hù)和修繕成本,嚴(yán)重時(shí)甚至造成人員傷亡,給社會(huì)帶來不良影響。因此,如何準(zhǔn)確有效可靠地針對機(jī)械設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測和故障診斷工作,避免設(shè)備惡性突發(fā)事故是當(dāng)前迫切需要解決的問題。 在機(jī)械設(shè)備故障診斷過程中,如何有效地去噪、提取故障特征信息,是故障診斷的關(guān)鍵問題。常見的去噪方法有最優(yōu)估計(jì)法和基于小波變換的門限法以及譜相減方法等,這些方法在一定范圍內(nèi)都實(shí)現(xiàn)了信號去噪,但它們都依賴于信號或噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。實(shí)際應(yīng)用中往往無法先驗(yàn)獲知信號或噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,因此這些方法的應(yīng)用受到限制。基于匹配追蹤(MP)算法的信號稀疏分解是一種自適應(yīng)的信號分解與表示方法,這種去噪方法不僅可以有效去噪,不會(huì)損傷有效波,而且不需要先驗(yàn)地獲取信號和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,能夠應(yīng)用于各種不同模型的信號,所以得到了廣泛的應(yīng)用。 將基于MP算法的去噪方法應(yīng)用到故障診斷中來,可以有效的去噪,對去噪后信號進(jìn)行處理,可以更好的分析出機(jī)械設(shè)備的故障情況,提高診斷的有效性和可靠性。MP算法存在的最大不足就是需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大,并且運(yùn)算量過大,運(yùn)算起來非常耗時(shí),只有將其進(jìn)行一定的優(yōu)化,才能更好的應(yīng)用到故障診斷中來。 本論文對MP算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),并將基于MP算法的去噪方法應(yīng)用到滾動(dòng)軸承的故障診斷中來,在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號: 51035007)“關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)示與運(yùn)行安全保障的新理論和新方法”的資助下開展研究,研究工作主要包括以下幾個(gè)方面: (1)介紹了信號稀疏分解和MP算法的基本理論,利用差分進(jìn)化算法來求得MP算法的每一步分解的最佳原子,使得MP算法得到優(yōu)化,解決了MP算法需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存大和運(yùn)算量過大的問題,提高了運(yùn)算速度,并且通過MP算法去噪之后的信號具有較好質(zhì)量; (2)介紹了包絡(luò)譜分析和STFT、WVD、CWD時(shí)頻分析的理論,提出了MP算法在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用方法,即:先對滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號進(jìn)行MP去噪處理,再利用包絡(luò)譜分析和時(shí)頻分析進(jìn)行信號處理,得到故障頻率,并將該頻率與滾動(dòng)軸承的特征通過頻率比較來確定軸承的故障情況。最后通過對滾動(dòng)軸承內(nèi)圈和外圈點(diǎn)蝕故障的仿真信號進(jìn)行分析來說明該方法的有效性。 (3)利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備,在軸承試驗(yàn)臺(tái)上采集到滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體等故障信號,利用MP算法在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用方法,對滾動(dòng)軸承的各種故障振動(dòng)信號進(jìn)行分析,診斷出軸承的故障情況,并驗(yàn)證MP去噪的可靠性和有效性; (4)研究開發(fā)了一套系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)MP算法在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用。系統(tǒng)的硬件包括有加速度傳感器、NI-USB9234采集器和筆記本電腦。系統(tǒng)的軟件是在LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)上開發(fā)的,軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、原始信號分析模塊、匹配追蹤算法實(shí)現(xiàn)模塊、生成報(bào)表模塊。做到了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、讀取和處理等一體化,實(shí)現(xiàn)了MP去噪理論在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用。
【圖文】：

mg 0 到 M 1進(jìn)行求和，得：10,Mm Mm mmf R f g g R fg g = ∑ +進(jìn)行求和得：12220,mMMmmf R f g R fg = ∑ + 趨于無窮時(shí)，mR f 將按指數(shù)收斂于 0。信號可0,Mmm mmf R f g gg g=≈ ∑ 得知，信號 MP 分解的過程可以用圖 2-1 形象的原子的線性組合后，用這樣的線性組合表示信選的最佳原子滿足公式(2-7)或(2-8)，所以分解已經(jīng)證明[25]，在信號長度有限的情況下，|| kR f

功率大小來判斷軸承的好壞。一般來說，帶通濾波器的中心頻率和帶通截止頻率應(yīng)根據(jù)軸承的類型及尺寸等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。③高頻段(5~10kHz)。由于在軸承（疲勞剝落）故障所引起的沖擊振動(dòng)，很大部分的沖擊能量分布在高頻段，因此，，可以利用加速度傳感器的諧振或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的諧振電路來放大或增強(qiáng)由于沖擊而形成的衰減振動(dòng)信號，以獲得早期診斷信息�？傮w上講，高頻段中的信號經(jīng)諧振放大后，富含信息，為有效的、準(zhǔn)確的診斷提供了較好的依據(jù)。后面介紹的瑞典的沖擊脈沖（SPM）和美國的 IFD 方法均是采用這個(gè)頻段。2)沖擊脈沖法(SPM 法)沖擊脈沖（SPM Shock Pulse Method）法是一種用于提取滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中的沖擊能量的方法。當(dāng)軸承受到損傷后，如疲勞剝落、裂紋、磨損及表面劃傷等，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中就會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。由于阻尼的作用，這是一種衰減性的振動(dòng)。研究結(jié)果表明，這種振動(dòng)中沖擊的強(qiáng)弱反映了軸承在一定轉(zhuǎn)速下的故障大小程度。沖擊脈沖法(SPM)就是基于這個(gè)基本原理。首先讓信號經(jīng)過 5kHz～10kHz 中心頻率的帶通濾波器濾波，然后再利用傳感或諧振電路之諧振放大特點(diǎn)，提取沖擊能量或折算成脈沖值。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH165.3

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本文編號：2518848