滾動軸承磨損區(qū)域靜電監(jiān)測技術及壽命預測方法研究.pdf

1、滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)機械關鍵部件,其性能退化或失效影響整機性能甚至導致設備非計劃停機,造成經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。由于滾動軸承壽命離散較大,傳統(tǒng)的定時維修往往造成“維修不足”或者“維修過?！?因此研究滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測技術和壽命預測方法,能夠變定時維修為視情維修、預測維修,是實現(xiàn)故障預防、保障設備安全服役的關鍵。
　　振動、溫度等常規(guī)監(jiān)測技術能夠監(jiān)測到滾動軸承較嚴重故障,如裂紋、表面剝落等,從發(fā)現(xiàn)故障征兆到最后失效間隔時間短,難以有充分時

2、間制定維修決策。本文針對常規(guī)監(jiān)測技術對于早期故障發(fā)現(xiàn)能力的不足,設計研制了磨損區(qū)域靜電傳感器,探討靜電信號的主要影響因素;深入分析靜電信號噪聲干擾類型,提出多方法聯(lián)合的去噪方法,有效提高靜電監(jiān)測技術早期故障識別能力;從時域、頻域以及復雜度度量角度提取靜電信號多維特征,進而提出多特征參數(shù)融合的軸承性能退化評估方法以及兩階段剩余壽命預測框架。研究成果對于提高機械設備關鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測和壽命預測能力具有重要的參考價值和指導意義。
　　論

3、文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)系統(tǒng)總結磨損區(qū)域荷電機理,分析靜電測量原理并設計研制磨損區(qū)域靜電傳感器,探討了靜電感應信號的主要影響因素。開展了點接觸滑動摩擦膠合實驗,驗證靜電傳感器早期故障檢測能力,分析載荷轉(zhuǎn)速對其影響,進行了滾動摩擦故障注入實驗,研究靜電傳感器對于不同尺寸故障的反應能力以及受載荷轉(zhuǎn)速的影響,設計改裝了滾動軸承疲勞加速壽命監(jiān)測試驗平臺,比較分析靜電監(jiān)測與振動監(jiān)測的故障反應能力。
　　(2)由于靜電感應信號混

4、有不同類型強噪聲干擾,很難采取單一方法有效抑制噪聲。通過仿真分析比較了陷波器法、獨立分量法以及譜插值法三種工頻干擾去除方法的效果,得出譜插值法計算簡單并且濾除工頻及其諧波分量的同時保留了附近有效成分。通過仿真分析比較了小波去噪、EMD去噪以及奇異值差分譜三種方法用于背景噪聲和隨機脈沖的去除效果,得出奇異值差分譜方法信噪比最高,效果最佳。在此基礎上結合靜電信號特點提出一種基于譜插值法和奇異值差分譜法的聯(lián)合去噪方法,通過仿真和軸承壽命實驗驗

5、證了所提方法的有效性和必要性。
　　(3)針對靜電監(jiān)測常規(guī)時域頻域指標對滾動軸承性能退化的反映能力不足,以及相關研究的匱乏,借鑒振動監(jiān)測特征參數(shù)的研究方法,進一步探索新的適用于靜電監(jiān)測的指標。靜電信號中隨機成分隨著滾動軸承性能退化而不斷變化,引入復雜度度量方法描述這一變化過程,分析多種復雜度度量指標對滾動軸承性能退化的反映能力,發(fā)現(xiàn)復雜度指標對于軸承性能早期退化更加敏感,能夠有效補充現(xiàn)有常規(guī)靜電特征參數(shù)的不足。
　　(4)為

6、解決單特征參數(shù)對軸承性能退化反應不靈敏或不一致的問題,提出基于譜回歸-高斯混合模型(spectrum regression-gaussian mixture models,SR-GMM)的多參數(shù)融合性能評估模型。利用譜回歸后正常狀態(tài)數(shù)據(jù)建立 GMM的基準模型,以基于貝葉斯推斷的距離(bayesian inference distance,BID)表征測試數(shù)據(jù)與GMM模型的全局距離,作為反映軸承性能退化程度的定量指標。與其它兩種基于GMM

7、的監(jiān)控指標以及基于支持向量描述的性能評估方法相比,所提方法能夠更早地發(fā)現(xiàn)退化的發(fā)生。在均采用本文所提融合評估方法前提下,靜電監(jiān)測評估結果相比振動監(jiān)測更早發(fā)現(xiàn)異常,靜電監(jiān)測能夠為振動等常規(guī)監(jiān)測手段提供有益補充。
　　(5)結合滾動軸承運行的兩階段性特點,提出了多特征參數(shù)融合的隨機濾波剩余壽命預測框架,在正常運行狀態(tài)時以監(jiān)測為主,當軸承進入缺陷運行階段時進行壽命預測。以多特征參數(shù)融合結果BID為輸入,以隨機濾波模型建立BID與剩余壽命