齿轮箱状态监测与故障诊断专家系统研究

发布时间：2020-07-25 17:34

【摘要】：由于齿轮箱在机械传动系统中起着关键性的作用,为了更好的监视和维护齿轮箱,本文在对齿轮箱状态监测与故障诊断方法深入分析研究的基础上,以 JZQ250 型齿轮箱为监测与诊断对象,研究并开发了基于信号处理的多专家协作式齿轮箱状态监测和故障诊断专家系统。 在专家系统的硬件设计上,以振动加速度传感器、电荷放大器和 NI 公司的数据采集卡组建了一套完整的数据采集系统。在软件分析上,首先根据齿轮箱发生故障的特征确定了知识库中知识的内容:以信号的“二次分析”为背景,确定了监测特征值,以信号能量比重谱的方法确定了故障特征值。然后根据人工智能原理设计了专家系统的推理机,它的核心为 BP 神经网络、灰色理论和 D-S 证据理论信息融合。然后通过对三种方法的仿真确定了它们在齿轮箱故障诊断方面的有效性和正确性。在软件设计上,利用了UML 建模语言和面向对象技术,构造了专家系统的软件蓝图,然后结合 CASE 工具Rational Rose 和编程工具 Visual Basic6.0、MATlAB7.0 共同完成了软件开发。最后通过试验证明了基于信号处理的多专家协作式齿轮箱状态监测和故障诊断专家系统能有效和正确地对 JZQ250 型齿轮箱进行状态监测与故障诊断。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH132.46
【图文】：

灰色理论融合待检样本轮箱结构知识确定是专门为 JZQ250 型齿轮箱设计的，它并不具有通用性结构知识就能看得出来，它对齿轮箱具有专一性。JZQ 2.4 所示。显而易见，JZQ250 型齿轮箱的传动部分由两出轴以及六个滚动轴承构成。在实验中输入轴由联轴电机连接，转速通过一个变频器进行调节，输出轴通过MDES 设计主要用于监测与诊断两对斜齿轮和六个滚动下：Z1=30，Z2=69，Z3=18，Z4=81，故齿轮的传动比为总传动比 c=10.35。图 2.3 推理机结构图

在轴承故障精密诊断时使用特征频率也存在一样的问题，可见实际中不能使用故障特征频率进行故障识别。在实际中时域同步平均是诊断齿轮有效的方法之一，而且已经得到了广泛地应用[30]。和其他的方法相比，时域同步平均法的优势在于可以消除与给定频率(如某轴的回转频率)无关的信号分量,包括噪声和无关的周期信号,提取与给定频率有关的周期信号,并且能在强噪声环境下,提高信噪比。和通常的信号采集不同,时域同步平均法不仅要拾取被分析信号,同时还要拾取回转轴的时标脉冲,来锁定各信号段的起始点。由于信号平均是数字式的,因此还要求每一数据段具有相同的点数,并应为基 2数,以便谱分析。因为 A/D 变换器的采样频率一经设定是不变的,且时标脉冲频率及周期由于机械转速变化(即使微小变化)也随时在变化,常规采样不可能保证各数据段点数相等。所以采用频率跟踪技术,使实际的采样频率实时跟踪回转频率，并等于它的整数倍(如1024)[31]。尽管时域同步平均法已经得到了实践的证明，但其对系统硬件有特殊的要求，在本实验系统中达不到，故没有采用这种方法。（a）崩齿 （b）齿轮均匀磨损图 2.7 JZQ250 型齿轮箱崩齿和齿轮均匀磨损的频谱

这样便可以将归一化后的值作为齿轮箱故障诊断特征值。这种方法特点是：(1)与理论接触紧密，易于理解；(2)将齿轮故障特征值和轴承故障特征进行了统一；(3)各频带能量值易于计算,适合于在线诊断系统。图 2.9 是图 2.8 频谱的能量比重谱。很明显，它清楚地区分了齿轮箱的各种故障。（c）内圈剥落（d）外圈剥落图 2.8 正常与发生崩齿以及轴承内外圈剥落故障时振动信号的频谱（a）正常 （b）崩齿

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8 张林中;代海涛;;主轴及齿轮箱锁紧盘设计强度校核[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第二卷）[C];2010年

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本文编号：2770143