基于振动分析技术的机械安全运行监测系统

发布时间：2020-07-06 14:44

【摘要】：改革开放至今,我国工业现代化逐步推进,以大型机械为生产工具的工业蓬勃发展。但是由于我国机械故障监测技术发展缓慢,导致机械故障事故频发,造成了大量的人员伤亡和财产损失。如果在机械故障发生之前通过某种监测手段得知故障原因及故障位置,就可以有效避免突发事故,因此研究开发一款性能优越、分析结果精确的机械安全运行监测系统迫在眉睫。监测系统不仅要具备良好的稳定性和友好的人机交互能力,同时还要具备振动数据的采集、存储、查询、处理、显示、上传等功能。为达到以上要求,一方面本系统选用嵌入式芯片STM32F103C8T6作为主控单元,并配合高精度数字式三轴加速度传感器ADXL372构成硬件核心,同时在硬件电路中加入数据存储、无线通信、数据显示等模块。另一方面,造纸机械故障多为常见机械故障,具备一定的研究价值,因此本文以造纸机械为研究对象,总结相应的数据处理算法,同时选用μC/OS-II嵌入式操作系统作为本系统的软件平台,依靠其强大的运算能力搭载数据处理算法,并编写程序,调度硬件资源,高效完成任务。本系统所监测的振动信号是一个非平稳、时变的复杂信号,如果要准确分析这类复杂信号,简单的时频域方法显然不能满足要求。因此本文深入研究局部均值分解方法(Local Mean Decomposition,简称LMD)方法的分解过程及特点,探讨了“端点效应”、“迭代终止条件”的问题,并提出改进方案,然后利用该方法作为系统单轴信号的处理算法;由于本系统可以采集三轴振动数据,通常情况下多通道信号之间存在耦合和冗余现象,而且通过融合处理的三轴振动数据更具分析价值,因此本文在研究局部均值分解方法(Local Mean Decomposition,简称LMD)方法的基础上,提出基于多元经验模态分解(Multivariate empirical mode decomposition,简称MEMD)及全息谱技术的三轴数据处理方法。这种方法结合了 EMD方法与全息谱技术的优点,可以融合任意两轴数据,并通过不同频率特征下的轴心轨迹反映振动信号的幅值与相位所蕴含的故障信息。最终,通过分析实际机械振动信号,检验了本文开发系统的可行性;在Matlab环境下验证了本文研究算法的准确性。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH17
【图文】：

造纸厂机械种类繁多，结构复杂。由于长期处于氋腐蚀性、高温等恶境，导致造纸机械故障频发。这些故障多为机械的常见故障，因此造信号具有普遍性和较高的研宄价值。逡逑机械设备故障在造纸行业中时常发生，如果不能及时发现并处理设备起生产停滞、废料泄露、人员伤亡等严重后果。众所周知，不同的机身结构和工作环境等诸多因素的影响产生不同的故障，进一步讲，不产生特征迥异的故障信号。因此需要针对不同的故障模式研究对应的这样的故障分析方法具备针对性和准确性［１８］。逡逑造纸机械设备故障原因分析逡逑（１）转鼓式碎i}机逡逑如图２．１所示的新型转鼓式碎浆机集成了碎浆和筛选两大功能。工作转动完成纸浆破碎和杂质剥离。转鼓式碎浆机不仅替代了除杂机、除、细筛等设备，而且废纸在碎浆区以“抛起摔落”的方式碎浆，大大效率逡逑—１后拖轮逦——前拖轮逦逡逑

图２．邋２新型搅拌机逡逑（３）纤维分离机逡逑纤维分离机集碎解、轻重杂质分离、浆料粗筛等功能于一体。如图２．３所示，逡逑在工作过程中，送入的浆料借助转子的旋转力在机壳内做高速旋转运动，质量较逡逑重的杂质因为离心力的作用逐渐向锥形大端移动，最终由重杂质排出口排除。良逡逑浆在转子的强烈冲击和底刀的疏解作用下充分离解成纤维，经过筛孔筛选后从良逡逑浆出口排出［２Ｑ］。逦逦逡逑丨＾｜皮带轮盘组／一进浆口逦逡逑图２．邋３纤维分离机逡逑纤维分离机为了将杂质分离，转子需要以某一速度匀速转动，如果叶轮发生逡逑故障就有可能造成杂质分离不彻底，影响到以后的生产。在机械运行中传动轴也逡逑会因为不对中或者受力不均产生故障。因此，纤维分离机的常见故障为：“转子不逡逑平衡”和桨叶“转子偏心”。逡逑总的来说，造纸机械的主要故障有“齿轮故障”、“滚动轴承故障”、“转子不逡逑平衡”、“转子偏心”

“悬臂转子不平衡”、桨叶“转子偏心”、电机箱“齿轮故障”。逡逑丨桨叶逦传动轴丨——密封箱ｉ逦电机箱逡逑图２．邋２新型搅拌机逡逑（３）纤维分离机逡逑纤维分离机集碎解、轻重杂质分离、浆料粗筛等功能于一体。如图２．３所示，逡逑在工作过程中，送入的浆料借助转子的旋转力在机壳内做高速旋转运动，质量较逡逑重的杂质因为离心力的作用逐渐向锥形大端移动，最终由重杂质排出口排除。良逡逑浆在转子的强烈冲击和底刀的疏解作用下充分离解成纤维，经过筛孔筛选后从良逡逑浆出口排出［２Ｑ］。逦逦逡逑丨＾｜皮带轮盘组／一进浆口逦逡逑图２．邋３纤维分离机逡逑纤维分离机为了将杂质分离，转子需要以某一速度匀速转动，如果叶轮发生逡逑故障就有可能造成杂质分离不彻底，影响到以后的生产。在机械运行中传动轴也逡逑会因为不对中或者受力不均产生故障。因此，纤维分离机的常见故障为：“转子不逡逑平衡”和桨叶“转子偏心”。逡逑总的来说

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本文编号：2743776