【摘要】： 隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜化、高效化、智能化程度越來(lái)越高,與此同時(shí),設(shè)備的狀態(tài)運(yùn)行的可靠性、安全性得到越來(lái)越多的重視,復(fù)雜現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其狀態(tài)監(jiān)測(cè)就成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文以現(xiàn)代新興大型設(shè)備——往復(fù)式活塞隔膜泵為載體,進(jìn)行了基于故障機(jī)理研究的往復(fù)式機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究。 本文探討了往復(fù)式活塞隔膜泵的振動(dòng)機(jī)理及故障類型,并從磨損故障入手進(jìn)行其故障機(jī)理研究。文中將磨損故障視為運(yùn)動(dòng)副之間的間隙,借助于接觸-分離二狀態(tài)建模方法建立了不同連接處產(chǎn)生磨損的動(dòng)力學(xué)模型。模型建立過(guò)程中充分考慮了往復(fù)式活塞隔膜泵的實(shí)際工況,各零部件之間的連接關(guān)系以及液體脈動(dòng)現(xiàn)象,并考慮了不同運(yùn)動(dòng)副處磨損的耦合現(xiàn)象。通過(guò)數(shù)值求解,詳細(xì)分析了不同故障的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與隔膜泵工況(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、磨損間隙)的關(guān)系,為充分認(rèn)識(shí)隔膜泵的故障機(jī)理提供了理論依據(jù)。同時(shí)為了驗(yàn)證理論分析的結(jié)論,在實(shí)驗(yàn)室中用模擬替代設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)以上各種故障狀態(tài)采集信號(hào)進(jìn)行分析,驗(yàn)證了理論結(jié)論的可行性。 在往復(fù)式活塞隔膜泵磨損故障機(jī)理理論研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)驗(yàn),將小波技術(shù)、分形理論和混沌理論引入到其運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷的分析中。 本文利用小波技術(shù)所具有的良好時(shí)頻顯微特點(diǎn)和撲捉微弱信號(hào)的能力,根據(jù)小波函數(shù)選擇及分解層次確定原則,采用db4小波對(duì)往復(fù)式活塞隔膜泵的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多分辨分析,選取相對(duì)能量和峰值因素作為診斷指標(biāo),成功地將小波多分辨分析技術(shù)運(yùn)用于往復(fù)式活塞隔膜泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。 非線性系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)志是自相似性和標(biāo)度不變性的分形,以關(guān)聯(lián)維數(shù)作為主要特性參數(shù)。本文分別計(jì)算了相同磨損處不同工況,以及相同工況不同磨損處磨損的關(guān)聯(lián)維數(shù)。發(fā)現(xiàn)相同工況時(shí),不同磨損處磨損故障的關(guān)聯(lián)維數(shù)區(qū)別明顯,因此可以用關(guān)聯(lián)維數(shù)作為特征進(jìn)行故障識(shí)別。當(dāng)磨損發(fā)生在同一處時(shí),在吸液口壓力或者曲軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)關(guān)聯(lián)維數(shù)也發(fā)生一定變化,因此可以通過(guò)關(guān)聯(lián)維數(shù)進(jìn)行這兩種工況的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。但是磨損量大小發(fā)生變化時(shí),相同磨損處的關(guān)聯(lián)維數(shù)的變化很細(xì)微,因此文中采用小波分析技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究,通過(guò)不同小波包重構(gòu)信號(hào)的關(guān)聯(lián)維數(shù)的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)可以進(jìn)行較為明顯的區(qū)分。 文中采用龐加萊截面和最大李雅普諾夫指數(shù)法驗(yàn)證了在考慮流體脈動(dòng)工況下,往復(fù)式活塞隔膜泵各種工況下不同磨損處磨損的故障狀態(tài)均為混沌狀態(tài),而在無(wú)磨損情況下為準(zhǔn)周期態(tài)。各種磨損故障狀態(tài)的龐加萊截面圖為成片密集的點(diǎn)集,且結(jié)構(gòu)形式有所變化,說(shuō)明了隔膜泵的不同磨損處的故障狀態(tài)所具有的吸引子的結(jié)構(gòu)不盡相同。 為了對(duì)各種故障狀態(tài)進(jìn)行正確的判斷,文中采用了最大利亞普諾夫指數(shù)作為診斷參數(shù)。同時(shí)將小波包分析和混沌理論相結(jié)合,定義了最大利亞普諾夫指數(shù)相對(duì)增長(zhǎng)率作為特征參數(shù)。通過(guò)最大李雅普諾夫指數(shù)的計(jì)算說(shuō)明了不同磨損處的最大李雅普諾夫指數(shù)處于不同的數(shù)量級(jí),且指數(shù)的變化反映了故障程度的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)小波包的重構(gòu),運(yùn)用最大利亞普諾夫指數(shù)相對(duì)增長(zhǎng)率,有效地區(qū)分了磨損量的變化和吸液口壓力變化兩種故障類型。 本文以往復(fù)式活塞隔膜泵的故障機(jī)理為基礎(chǔ),進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的方法探索,從理論上有可靠的依據(jù),對(duì)往復(fù)式機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)的研究起到了一定的借鑒作用。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH323;TH165.3

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本文編號(hào)：2750409