基于相位特征分析的液压管路故障识别与定位研究
发布时间：2021-09-12 08:27
液压管路长期工作在高压力、强振动的环境中,极易发生附件松动、裂纹,甚至泄漏等故障,针对不同的故障需要采取不同的应对措施。因此通过传感器监测液压管路的运行数据,从中提取有效的故障特征,及时识别故障十分有必要。目前针对故障特征提取的研究主要集中于时域、频域和时频域,且多集中于对单一故障的研究,而缺少对故障类型的识别。本文针对液压管路附件卡箍松动和裂纹两种故障,从传感器信号的相位中提取有效故障特征,研究两种故障的不同特征形式,对故障进行程度、类型识别和定位。主要研究内容如下:（1）针对常用特征提取方法在液压管路故障识别中效果不佳的问题,提出一种基于瞬时相位的特征提取方法。该方法利用瞬时相位波形固定、对信号成分变化敏感的特点,通过其自相关散点图放大由故障引起的传感器信号成分的变化,并计算散点图的散度作为有效的故障特征。将该方法应用于三维振动信号上,对不同程度的卡箍松动和裂纹故障进行识别,并且可以有效地识别故障类型。相比于其他常用特征提取方法,所提出的方法具有更高的故障识别准确率。（2）为解决液压管路故障定位问题,针对分布式光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）应变信号...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压管路实验台实物图
13卡箍1#卡箍2#FBG1FBG2FBG3FBG4FBG5FBG6FBG7FBG8FBG9三维振动传感器激振器(a)传感器分布示意图管路径向XYZFBG应变传感器三维振动传感器(b)传感器安装示意图图2-2传感器分布与安装示意图（2）采集设备实验数据采集设备如图2-3所示。振动加速度数据通过LMSTest.Lab14A采集，由电脑A实时显示并保存，采样频率为2048Hz；FBG应变传感器数据经光纤光栅解调仪解调后由电脑B采集，采样频率频率为2000Hz。电脑A电脑BLMSTest.Lab14A光纤光栅解调仪图2-3数据采集设备（3）实验内容本文实验包括三个部分，分别是：健康状态下的数据采集、卡箍松动故障实验、裂纹故障实验。卡箍松动故障实验以卡箍1#为研究对象，裂纹故障实验中裂纹位于FBG2与FBG3之间。实验流程如图2-4所示，其中步骤2和步骤3中分别设有故障定位鲁棒性测试子实验，即对不同位置的故障进行定位。整个实验过程中激励保持不变，始终为70Hz的正弦波。
14步骤1健康状态数据采集步骤2卡箍1#松动故障（4种不同松动程度）子实验1卡箍松动故障定位鲁棒性测试步骤3裂纹故障（5种不同裂纹程度）子实验2裂纹故障定位鲁棒性测试图2-4实验流程卡箍松动程度由固定卡箍的螺钉的拧紧力来控制，拧紧力越小表示松动程度越大，正常装配时拧紧力为4.8Nm，步骤2中为卡箍1#设置了4种不同的松动程度；裂纹故障采用锯条切割，垂直向下，程度由切割的深度衡量，步骤3为裂纹故障设置了5种不同的裂纹程度。整个实验中各工况参数如表2-2所示，表中裂纹1和裂纹2为未贯穿裂纹。需要说明的是，由于子实验仅用于故障定位鲁棒性测试，将其看作独立的实验，在这里没有列出，将在第3章介绍。表2-2工况参数列表（不包括子实验）工况健康状态松动程度1松动程度2松动程度3松动程度4卡箍拧紧力（Nm）4.82.41.20.60.3工况裂纹程度1裂纹程度2裂纹程度3裂纹程度4裂纹程度5裂纹深度（mm）0.51.02.03.04.0卡箍细节图及裂纹故障实物图分别如图2-5(a)和图2-5(b)所示。(a)卡箍1(拧紧力2.4Nm)(b)裂纹(深度3mm)图2-5卡箍及裂纹故障实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCA和SVM的管道腐蚀超声内检测[J]. 唐东林,魏子兵,潘峰,唐圳雄,李茂扬,胡琳. 传感技术学报. 2018(07)
[2]基于LCD和多重分形去趋势波动分析的故障诊断方法[J]. 杨乐. 机械强度. 2018(03)
[3]基于BoF模型的多特征融合纹理图像分类[J]. 汪宇玲,黎明,李军华,张聪炫,陈昊. 北京航空航天大学学报. 2018(09)
[4]基于集总经验模态分解和极坐标表示的瞬时转速诊断方法[J]. 王帅,向阳,王磊. 中国机械工程. 2017(15)
[5]基于应变模态的液压卡箍松动识别与定位[J]. 谭跃刚,余兆祥,曲永志,王泽超,魏勤. 液压与气动. 2017(07)
[6]TBM液压弯管动态特性分析[J]. 瞿维,张怀亮,宁海辉,刘森. 机械工程学报. 2018(01)
[7]基于词袋模型和极限学习机的轴承故障诊断[J]. 袁洪芳,姜宇萱,王华庆. 测控技术. 2017(02)
[8]基于塔筒振动特性识别风机塔螺栓松动的研究[J]. 何先龙,佘天莉,徐兵,李杰,陈刚,曹国福. 振动与冲击. 2016(14)
[9]基于小波包与分形组合技术在变压力下液压管路振动信号分析研究[J]. 李哲洙,高培鑫,赵大哲,刘积仁. 计算机工程与科学. 2016(04)
[10]基于LCD模糊熵和流行学习的故障特征提取方法[J]. 张良,张前图. 机械强度. 2016(02)
博士论文
[1]多源激励下航空液压管路系统振动分析及其约束层阻尼减振技术研究[D]. 高培鑫.大连理工大学 2017
[2]飞机液压系统泵—管路振动特性研究[D]. 高锋.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于光纤光栅传感的管路应变测量与模态分析[D]. 陈俊涛.武汉理工大学 2015
[2]飞机液压导管疲劳实验与应力控制技术研究[D]. 程小勇.南京航空航天大学 2014
本文编号：3393896
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压管路实验台实物图
13卡箍1#卡箍2#FBG1FBG2FBG3FBG4FBG5FBG6FBG7FBG8FBG9三维振动传感器激振器(a)传感器分布示意图管路径向XYZFBG应变传感器三维振动传感器(b)传感器安装示意图图2-2传感器分布与安装示意图（2）采集设备实验数据采集设备如图2-3所示。振动加速度数据通过LMSTest.Lab14A采集，由电脑A实时显示并保存，采样频率为2048Hz；FBG应变传感器数据经光纤光栅解调仪解调后由电脑B采集，采样频率频率为2000Hz。电脑A电脑BLMSTest.Lab14A光纤光栅解调仪图2-3数据采集设备（3）实验内容本文实验包括三个部分，分别是：健康状态下的数据采集、卡箍松动故障实验、裂纹故障实验。卡箍松动故障实验以卡箍1#为研究对象，裂纹故障实验中裂纹位于FBG2与FBG3之间。实验流程如图2-4所示，其中步骤2和步骤3中分别设有故障定位鲁棒性测试子实验，即对不同位置的故障进行定位。整个实验过程中激励保持不变，始终为70Hz的正弦波。
14步骤1健康状态数据采集步骤2卡箍1#松动故障（4种不同松动程度）子实验1卡箍松动故障定位鲁棒性测试步骤3裂纹故障（5种不同裂纹程度）子实验2裂纹故障定位鲁棒性测试图2-4实验流程卡箍松动程度由固定卡箍的螺钉的拧紧力来控制，拧紧力越小表示松动程度越大，正常装配时拧紧力为4.8Nm，步骤2中为卡箍1#设置了4种不同的松动程度；裂纹故障采用锯条切割，垂直向下，程度由切割的深度衡量，步骤3为裂纹故障设置了5种不同的裂纹程度。整个实验中各工况参数如表2-2所示，表中裂纹1和裂纹2为未贯穿裂纹。需要说明的是，由于子实验仅用于故障定位鲁棒性测试，将其看作独立的实验，在这里没有列出，将在第3章介绍。表2-2工况参数列表（不包括子实验）工况健康状态松动程度1松动程度2松动程度3松动程度4卡箍拧紧力（Nm）4.82.41.20.60.3工况裂纹程度1裂纹程度2裂纹程度3裂纹程度4裂纹程度5裂纹深度（mm）0.51.02.03.04.0卡箍细节图及裂纹故障实物图分别如图2-5(a)和图2-5(b)所示。(a)卡箍1(拧紧力2.4Nm)(b)裂纹(深度3mm)图2-5卡箍及裂纹故障实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PCA和SVM的管道腐蚀超声内检测[J]. 唐东林,魏子兵,潘峰,唐圳雄,李茂扬,胡琳. 传感技术学报. 2018(07)
[2]基于LCD和多重分形去趋势波动分析的故障诊断方法[J]. 杨乐. 机械强度. 2018(03)
[3]基于BoF模型的多特征融合纹理图像分类[J]. 汪宇玲,黎明,李军华,张聪炫,陈昊. 北京航空航天大学学报. 2018(09)
[4]基于集总经验模态分解和极坐标表示的瞬时转速诊断方法[J]. 王帅,向阳,王磊. 中国机械工程. 2017(15)
[5]基于应变模态的液压卡箍松动识别与定位[J]. 谭跃刚,余兆祥,曲永志,王泽超,魏勤. 液压与气动. 2017(07)
[6]TBM液压弯管动态特性分析[J]. 瞿维,张怀亮,宁海辉,刘森. 机械工程学报. 2018(01)
[7]基于词袋模型和极限学习机的轴承故障诊断[J]. 袁洪芳,姜宇萱,王华庆. 测控技术. 2017(02)
[8]基于塔筒振动特性识别风机塔螺栓松动的研究[J]. 何先龙,佘天莉,徐兵,李杰,陈刚,曹国福. 振动与冲击. 2016(14)
[9]基于小波包与分形组合技术在变压力下液压管路振动信号分析研究[J]. 李哲洙,高培鑫,赵大哲,刘积仁. 计算机工程与科学. 2016(04)
[10]基于LCD模糊熵和流行学习的故障特征提取方法[J]. 张良,张前图. 机械强度. 2016(02)
博士论文
[1]多源激励下航空液压管路系统振动分析及其约束层阻尼减振技术研究[D]. 高培鑫.大连理工大学 2017
[2]飞机液压系统泵—管路振动特性研究[D]. 高锋.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于光纤光栅传感的管路应变测量与模态分析[D]. 陈俊涛.武汉理工大学 2015
[2]飞机液压导管疲劳实验与应力控制技术研究[D]. 程小勇.南京航空航天大学 2014
本文编号：3393896
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