【摘要】：作為最常見的機(jī)械設(shè)備,旋轉(zhuǎn)機(jī)械在各個(gè)制造行業(yè)起著至關(guān)重要的作用。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件,其穩(wěn)定、正常運(yùn)行關(guān)系到旋轉(zhuǎn)機(jī)械乃至整個(gè)機(jī)械設(shè)備的安全生產(chǎn)以及操作人員的生命安全。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中,當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的負(fù)載超出其最大承受載荷值,可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。所以對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的載荷進(jìn)行識(shí)別尤為重要。在載荷作用下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),提供動(dòng)力的電機(jī)中定子電流也會(huì)相應(yīng)變化。因此研究載荷作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào),對(duì)載荷進(jìn)行定性定量識(shí)別,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷,具有重要的研究意義和實(shí)際價(jià)值。首先,通過簡化和離散化轉(zhuǎn)子系統(tǒng),對(duì)轉(zhuǎn)盤和軸承進(jìn)行受力分析并計(jì)算機(jī)械能,而后結(jié)合拉格朗日方程進(jìn)行振動(dòng)微分方程求解,建立彎扭耦合模型。同時(shí),將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和電機(jī)進(jìn)行連接,建立機(jī)電耦合模型。根據(jù)耦合模型,在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立仿真模型。通過Signal Builder產(chǎn)生五種載荷(四種類型的疊加載荷和隨機(jī)載荷),作用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng),獲得轉(zhuǎn)盤振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào)。通過對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析可知,振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào)變化與載荷變化保持一致。其次,基于振動(dòng)信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷進(jìn)行定性定量識(shí)別。在定性識(shí)別過程中,提出了快速傅里葉變換(FFT)、奇異值分解(SVD)及重構(gòu)、集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)、本征模態(tài)函數(shù)(IMF)能量百分比計(jì)算和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷定性識(shí)別。在定量識(shí)別過程中,提出了極限學(xué)習(xí)機(jī)回歸(ELMR)方法,根據(jù)不同振動(dòng)信號(hào)特征值回歸預(yù)測出不同的載荷大小,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷定量識(shí)別。同時(shí),基于電機(jī)電流信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷進(jìn)行定性定量識(shí)別。在定性識(shí)別過程中,提出了FFT、SVD及重構(gòu)、小波包分解、節(jié)點(diǎn)能量百分比計(jì)算和徑向基(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷定性識(shí)別。在定量識(shí)別過程中,提出了遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GA-BP),根據(jù)不同的電機(jī)電流信號(hào)特征值回歸預(yù)測出不同的載荷大小,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷定量識(shí)別。再次,基于振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào)多源融合方法對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行定量識(shí)別。利用單源信號(hào),將穩(wěn)態(tài)載荷與特征值之間的關(guān)系作為訓(xùn)練樣本,通過參數(shù)優(yōu)選建立支持向量機(jī)回歸(SVMR)模型,根據(jù)不同特征值回歸預(yù)測出不同的載荷大小。而后進(jìn)行多源信息融合,對(duì)載荷進(jìn)行定量識(shí)別。最后,搭建轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái),制定并實(shí)施試驗(yàn)方案,獲取不同載荷作用下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤振動(dòng)信號(hào)和電機(jī)定子電流信號(hào)。分別基于振動(dòng)信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)和信息融合方法對(duì)作用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的疊加載荷及隨機(jī)載荷進(jìn)行識(shí)別研究,將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果驗(yàn)證了仿真研究過程的可行性和載荷識(shí)別方法的正確性,為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備載荷識(shí)別和在線監(jiān)測提供了理論和試驗(yàn)支撐。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH133.1

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本文編號(hào)：2618835