發(fā)布時間：2020-07-12 04:21

【摘要】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為一種常見機(jī)械,被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域中。同時,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械日趨大型化、自動化、集成化、高速化。其關(guān)鍵部件一旦發(fā)生故障,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)和生命財產(chǎn)損失。因而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的健康管理問題近年來得到了廣泛關(guān)注。本研究針對旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)健康管理中的健康狀態(tài)評估和早期故障診斷兩大核心問題,提出了一種基于圖的旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)健康狀態(tài)評估和故障診斷方法,并以旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見部件之一:滾動軸承為研究對象,從理論和實(shí)驗(yàn)兩個角度,對該方法的評估性能和診斷性能進(jìn)行探究。首先對滾動軸承運(yùn)行過程中所采集的振動信號進(jìn)行時頻周期圖譜提取。其次通過圖建模將時頻周期圖譜表達(dá)為無向加權(quán)圖,并且引入了兩套權(quán)重計算公式。第一套權(quán)重計算公式用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的健康狀態(tài)評估問題,而檢測到系統(tǒng)異常后,在異常時刻計算第二套權(quán)重從而進(jìn)行故障診斷。針對滾動軸承健康狀態(tài)評估問題,本研究通過使用無向加權(quán)圖的圖譜對時頻周期圖譜進(jìn)行映射,從而得到一系列彼此正交的圖譜頻率。并從理論和實(shí)驗(yàn)兩個角度證明了滾動軸承的健康狀態(tài)能夠被反應(yīng)在主圖譜頻率中。進(jìn)一步地,本研究利用基于高斯分布假設(shè)的變化點(diǎn)檢測算法對主圖譜頻率進(jìn)行監(jiān)測,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過程中的異常狀態(tài)。針于滾動軸承早期故障診斷問題,探究了一種基于K近鄰分類器的滾子軸承故障診斷方法。在上述健康狀態(tài)評估基礎(chǔ)上,當(dāng)檢測到異常后,通過第二套權(quán)重公式計算該時刻的圖結(jié)構(gòu),并將其送入K近鄰分類器中進(jìn)行類別識別。其中K近鄰分類器中的訓(xùn)練樣本為各種類型故障的若干圖結(jié)構(gòu)。需要指出的是,作為K近鄰分類器設(shè)計的核心問題,樣本度量方法的不同將直接對最后診斷結(jié)果產(chǎn)生決定性影響。因此,本研究分別在圖譜距離、圖熵距離、加權(quán)邊距離、模式距離四種常見圖距離度量準(zhǔn)則下,對K近鄰分類器診斷效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析與評估,最終證明加權(quán)邊距離下的K近鄰分類器對軸承的故障診斷效果最優(yōu),并且優(yōu)于其它同類算法。綜上所述,本研究將旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)健康狀態(tài)評估和早期故障診斷兩大模塊進(jìn)行整合,提出一套從評估到診斷的完整框架。同時,本研究通過辛辛那提大學(xué)軸承數(shù)據(jù)庫和西儲大學(xué)軸承數(shù)據(jù)庫對所提方法的評估性能和故障診斷性能進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明所提出的方法能夠有效的對旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行健康狀態(tài)評估和故障診斷,并且其評估性能和故障診斷性能優(yōu)于現(xiàn)有方法。最后,本文對研究的主要內(nèi)容進(jìn)行了概況總結(jié),并對后續(xù)的工作展望進(jìn)行了討論。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH133
【圖文】：

和工業(yè)部門的重視［２］。逡逑盡管旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)在不同的應(yīng)用場景中有不同的結(jié)構(gòu)和組成，但一般包括逡逑以下幾種常見部件（如圖１－１），逡逑ｍｍｍ逡逑轉(zhuǎn)子邐軸承邐齒輪逡逑圖１－１旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)常見部件逡逑？轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)部件，并一般有軸承支撐。轉(zhuǎn)子通過逡逑旋轉(zhuǎn)來完成工作任務(wù)。轉(zhuǎn)子的常見故障包括不對中，不平衡，彎曲，疲勞逡逑裂紋等。同時轉(zhuǎn)子的故障還會造成其他相關(guān)部件的損壞并最終造成旋轉(zhuǎn)逡逑機(jī)械系統(tǒng)的失效。逡逑？軸承：軸承為旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中的承載部件，主要作用為支撐轉(zhuǎn)子，降低其逡逑運(yùn)動過程中的摩擦系數(shù)，并確保其回轉(zhuǎn)精度。因?yàn)楦咚�，高溫，重載等原逡逑因，軸承往往出現(xiàn)各種故障，是旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中最“脆弱”的部件之一。逡逑－１邋－逡逑

機(jī)械故障的振動診斷等方面取得了顯著成果。熊詩波團(tuán)隊(duì)在重型旋轉(zhuǎn)機(jī)械動態(tài)逡逑特性分析、診斷和機(jī)械動態(tài)測試等方面做出了突出成績。逡逑一般來說，旋轉(zhuǎn)機(jī)械健康狀態(tài)評估和故障診斷技術(shù)的工作流程如圖１－２所逡逑示。逡逑首先利用傳感器對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的聲音、振動、溫度、電流等相應(yīng)信號逡逑進(jìn)行采集，在應(yīng)用某種或多種信號處理技術(shù)（包括時域、頻域、時頻域分析）逡逑的基礎(chǔ)上提出反映機(jī)械系統(tǒng)健康狀態(tài)以及故障征兆的特征，進(jìn)而利用所提取逡逑特征對系統(tǒng)的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，同時當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，診斷異常出現(xiàn)的原逡逑因。逡逑－２邋－逡逑

以旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)健康狀態(tài)評估與早期故障診斷為問題驅(qū)動，以旋轉(zhuǎn)逡逑機(jī)械最常見重要部件之一：滾動軸承為研宄對象，提出了一個統(tǒng)一的方法框架逡逑（如圖１－４所示），該框架分為振動信號建模、健康狀態(tài)評估、早期故障診斷三個逡逑模塊，以旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號為輸入，分別輸出旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀態(tài)的時逡逑間，以及造成異常的故障類型。最后在具體應(yīng)用實(shí)例中驗(yàn)證了方法的有效性和逡逑優(yōu)越性。逡逑＾短時周期Ａ邋｜無向加權(quán)圖邋＾邐？逡逑振動圖譜邐（權(quán)重１）、逡逑邐ｊ逡逑}2異常決策￣Ｉ邋（］邋主圖譜頻率邋０邐圖譜邋Ｙ邋｜逡逑｜邋［邋邐ｖ邐ｖ邐邐邐＇…：：ＺＪ逡逑璧Ｉ氣崹嚴(yán)１邋0邋｜圖盟量Ｉ邋０邋Ｉ邋Ｋ近鄰分類器Ｉ邋Ｉ逡逑渥邐１逡逑輸出２：故障類型逡逑圖１－４基于圖的旋轉(zhuǎn)機(jī)械健康狀態(tài)評估和故障診斷框架逡逑－７－逡逑

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本文編號：2751413