潤滑油路磨損顆粒靜電在線監(jiān)測及識別技術研究.pdf

1、潤滑油路顆粒靜電監(jiān)測技術比傳統(tǒng)的振動、溫度等監(jiān)測方法能夠更早地發(fā)現(xiàn)部件性能退化，為維修決策提供實時的監(jiān)測信息，因此，開展?jié)櫥吐奉w粒在線靜電監(jiān)測技術的研究具有重要意義。為了提高潤滑油路顆粒在線靜電監(jiān)測技術的顆粒分辨能力，同時，為潤滑油路顆粒在線監(jiān)測試驗提供理論依據(jù)，完善靜電監(jiān)測傳感器的設計，本文對航空發(fā)動機與風電齒輪箱潤滑油路磨粒在線靜電監(jiān)測技術進行了基礎性研究，主要內容如下：
　　（1）理論性研究。在完善傳感器的物理模型和相應電

2、路的基礎上，利用庫侖定律與高斯定理，建立了磨粒在線靜電監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)學模型，用數(shù)學顯式表達式清晰地表明了磨粒攜帶的電量與靜電監(jiān)測系統(tǒng)輸出之間的關系，直觀地表明影響靜電監(jiān)測系統(tǒng)輸出的因素。
　　（2）提出了基于具有時間不變特性的靜態(tài)離散小波變換與峭度相結合的磨粒靜電感應信號的分辨方法。針對采集信號中含有的工頻及其諧波干擾與振動偽信號，采用梳狀濾波器去除工頻及其諧波干擾，并提出了基于靜態(tài)離散小波變換與峭度相結合的方法去除振動偽信號，提高

3、分辨磨粒靜電感應信號的能力。為了驗證所提方法的有效性，對模擬監(jiān)測試驗中的采集信號采用該方法進行了處理，結果表明所提方法能夠有效地同時去除振動偽信號與背景噪聲，提高了磨粒在線靜電監(jiān)測的分辨率，同時還表明在線靜電監(jiān)測技術具有分辨金屬顆粒和非金屬顆粒的能力。
　　（3）建立了靜電監(jiān)測傳感器監(jiān)測電壓與顆粒粒徑間的定量關系。設計了靜電監(jiān)測系統(tǒng)輸出信號與顆粒粒徑關系的試驗平臺，并利用此平臺進行了試驗，利用試驗獲得的數(shù)據(jù)，通過最小二乘曲線擬合的

4、方法建立了這兩者的函數(shù)關系。同時，在不同試驗載荷、試驗材料及油流速率下，通過試驗對顆粒的等效粒徑與系統(tǒng)輸出的關系進行了分析，試驗數(shù)據(jù)表明試驗載荷越大，相同等效粒徑的顆粒所產(chǎn)生的輸出就越大；而不同材料的擬合曲線也是有區(qū)別的；對于相同材料和載荷而言，油流速率基本不影響靜電監(jiān)測系統(tǒng)輸出與顆粒等效粒徑間的關系。
　?。?）對靜電監(jiān)測傳感器的空間分辨率，即對帶不同電荷的顆粒沿不同徑向位置同時經(jīng)過傳感器的感應區(qū)域的情況進行了分析。通過試驗研究

5、，發(fā)現(xiàn)粒徑相同且?guī)嗤姾傻念w粒在沿不同徑向位置同時經(jīng)過傳感器的感應區(qū)域時系統(tǒng)的輸出并不相同，由此引入了空間靈敏度的概念并建立了解析函數(shù)，并對靜電傳感器的空間感應場與空間濾波特性進行了研究與分析，建立了靜電監(jiān)測傳感器的截止頻率與傳遞函數(shù)曲線峰—峰值時間差的定量關系，從而找出影響靜電監(jiān)測傳感器截止頻率的因素，并對其進行仿真分析，同時運用試驗數(shù)據(jù)對仿真結果進行驗證。在此基礎上，假設了等效徑向位置與等效電荷量的概率密度函數(shù)，建立了系統(tǒng)輸出的概

6、率分布函數(shù)。根據(jù)獲得的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取包含監(jiān)測數(shù)據(jù)的一個鄰域，在該鄰域上計算系統(tǒng)輸出落在該區(qū)域的概率。若得到的概率較大，則該監(jiān)測數(shù)據(jù)應予以保留，并且根據(jù)相應的聯(lián)合概率密度函數(shù)獲得等效顆粒出現(xiàn)在徑向位置區(qū)間?1且等效電荷量在區(qū)間?2上的概率，即為用概率表示的靜電監(jiān)測傳感器的空間分辨率。
　?。?）對靜電監(jiān)測傳感器的時間分辨率，即對帶不同電荷的顆粒沿不同徑向位置先后經(jīng)過傳感器的感應區(qū)域的情況進行了分析。依據(jù)帶電顆粒靜電監(jiān)測信號的理論

7、圖形對不同探極長度與軸向直徑的傳感器感應區(qū)域的軸向長度進行了計算分析，發(fā)現(xiàn)了在不同的探極尺寸、相同長徑比（探極軸向長度與徑向直徑的比）下感應區(qū)域的軸向長度與探極軸向長度的差再與探極軸向長度的比是不變的，依據(jù)理論數(shù)據(jù)建立了感應區(qū)域的軸向長度、探極的軸向長度以及探極長徑比這三者之間的函數(shù)關系，并設計了驗證試驗裝置，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對傳感器感應區(qū)域的實際長度進行了計算，結果表明了所建函數(shù)關系的正確性，并由此定義了靜電監(jiān)測傳感器的顆粒最大檢測率，即