基于故障機(jī)理分析的往復(fù)式活塞隔膜泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究.pdf

1、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

2、磨損故障視為運(yùn)動(dòng)副之間的間隙，借助于接觸扮離二狀態(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，各零部件之問的連接關(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

3、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)，成功地將小渡多分辨分析技術(shù)運(yùn)用于往復(fù)式活塞隔膜泵的狀態(tài)監(jiān)

4、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～定變化，因此可以通過關(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

5、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。
　

6、　 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)。通過最大李雅普諾夫指數(shù)的計(jì)算說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