基于故障機理分析的往復(fù)式活塞隔膜泵狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(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)代機械設(shè)備的復(fù)雜化、高效化、智能化程度越來越高，與此同時，設(shè)備的狀態(tài)運行的可靠性、安全性得到越來越多的重視，復(fù)雜現(xiàn)代機械設(shè)備的運行狀態(tài)及其狀態(tài)監(jiān)測就成為眾多學(xué)者研究的熱點問題。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，進行了基于故障機理研究的往復(fù)式機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究。
　　 本文探討了往復(fù)式活塞隔膜泵的振動機理及故障類型，并從磨損故障入手進行其故障機理研究。文中將

2、磨損故障視為運動副之間的間隙，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)式活塞隔膜泵的實際工況，各零部件之問的連接關(guān)系以及液體脈動現(xiàn)象，并考慮了不同運動副處磨損的耦合現(xiàn)象。通過數(shù)值求解，詳細分析了不同故障的動力學(xué)響應(yīng)與隔膜泵工況(轉(zhuǎn)速、負荷、磨損間隙)的關(guān)系，為充分認(rèn)識隔膜泵的故障機理提供了理論依據(jù)。同時為了驗證理論分析的結(jié)論，在實驗室中用模擬替代設(shè)備進行實驗，對以上各種故障狀態(tài)采集信

3、號進行分析，驗證了理論結(jié)論的可行性。
　　 在往復(fù)式活塞隔膜泵磨損故障機理理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗，將小波技術(shù)、分形理論和混沌理論引入到其運行狀態(tài)和故障診斷的分析中。
　　 本文利用小波技術(shù)所具有的良好時頻顯微特點和撲捉微弱信號的能力，根據(jù)小波函數(shù)選擇及分解層次確定原則，采用db4小波對往復(fù)式活塞隔膜泵的振動信號進行多分辨分析，選取相對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)運用于往復(fù)式活塞隔膜泵的狀態(tài)監(jiān)

4、測中。
　　 非線性系統(tǒng)的一個標(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，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)作為特征進行故障識別。當(dāng)磨損發(fā)生在同一處時，在吸液口壓力或者曲軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時關(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)進行這兩種工況的狀態(tài)監(jiān)測。但是磨損量大小發(fā)生變化時，相同磨損處的關(guān)聯(lián)維數(shù)的

5、變化很細微，因此文中采用小波分析技術(shù)進行進一步的研究．通過不同小波包重構(gòu)信號的關(guān)聯(lián)維數(shù)的計算，發(fā)現(xiàn)可以進行較為明顯的區(qū)分。
　　 文中采用龐加萊截面和最大李雅普諾夫指數(shù)法驗證了在考慮流體脈動工況下，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、　 為了對各種故障狀態(tài)進行正確的判斷，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)相對增長率作為特征參數(shù)。通過最大李雅普諾夫指數(shù)的計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，且指數(shù)的變化反映了故障程度的發(fā)展趨勢。
　　 通過小波包的重構(gòu)，運用最大利亞普諾夫指數(shù)相對增長率，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