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基于改进谐波小波和分形的碰摩故障诊断研究

机械设计与制造 2022年第6期376卷 180-183页

作者：宋圣霖雷文平郝旺身陈宏郑州大学振动工程研究所河南郑州450001

为了提高分形维数提取碰摩故障特征的区分度和稳定性,提出了一种基于改进谐波小波和分形的算法。采用高斯包络改进的谐波小波对旋转机械信号进行处理,运用G-P关联维数计算分形维数。在Bently转子实验台上分别采集正常工况、单点碰摩、... 详细信息

为了提高分形维数提取碰摩故障特征的区分度和稳定性,提出了一种基于改进谐波小波和分形的算法。采用高斯包络改进的谐波小波对旋转机械信号进行处理,运用G-P关联维数计算分形维数。在Bently转子实验台上分别采集正常工况、单点碰摩、不平衡激励的碰摩三种数据,计算得出改进谐波小波处理后的关联维数能够很好的识别出故障,保真性较高,稳定性相比原始信号以及谐波小波处理信号高29.17%、14.81%以上。结果表明,改进谐波小波和分形能够更准确稳定得诊断碰摩故障信息,优于传统的关联维数算法。

关键词：谐波小波分形关联维数碰摩故障诊断

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不对中-碰摩转子系统动力学响应分析

机床与液压 2023年第19期51卷 162-170页

作者：张凌云刘忠刘俊杰熊中刚吕勇桂林航天工业学院机电工程学院广西桂林541004 桂林航天工业学院广西特种工程装备与控制重点实验室广西桂林541004 塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩... 详细信息

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明:不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。

关键词：滑动轴承-转子系统不对中碰摩动力学分析

基于谱峭度的离心泵口环碰摩声信号检测方法研究

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基于谱峭度的离心泵口环碰摩声信号检测方法研究

作者：汪琳琳浙江大学

学位级别：硕士

离心泵运转过程中叶轮口环易发生碰摩现象,导致机组异常运行,口环碰摩在对叶轮造成损害的同时也会产生异常的振动与噪声。因此,准确识别和诊断口环碰摩现象,是实现离心泵故障预警的重要内容之一,它可有效避免维修不及时和发生严重故障... 详细信息

离心泵运转过程中叶轮口环易发生碰摩现象,导致机组异常运行,口环碰摩在对叶轮造成损害的同时也会产生异常的振动与噪声。因此,准确识别和诊断口环碰摩现象,是实现离心泵故障预警的重要内容之一,它可有效避免维修不及时和发生严重故障等问题的发生。同时,由于工业现场环境复杂,设备监测信号也易受到干扰,故障监测与诊断工作面临更大难度与更高要求。本文针对离心泵口环碰摩的故障预警问题,从旋转碰摩信号的产生机理入手,结合离心泵及设备现场环境干扰因素,利用声信号的谱峭度分析对口环碰摩问题进行诊断。本文主要研究内容如下:（1）将基于切尾峭度的快速谱峭度算法用于碰摩分析,解决常规峭度指标对随机单冲击敏感的弊端,并优化共振频带定位问题。介绍了传统快速谱峭度算法以及平方包络解调原理。通过数值仿真,从时频域、信号种类、分段数三个角度对比分析,依次阐述说明切尾谱峭度算法不依赖分段数量、能够鲁棒抵抗随机单冲击影响的优良性能。（2）以动静环碰摩的动力学机理为基础,建立离心泵叶轮-口环碰摩的故障声信号模型,考虑离心泵运行时的主要噪声源为水动力噪声、设备现场环境存在的随机干扰,添加流致噪声、随机滑动因素、随机冲击干扰以完善理论模型。根据理论模型构造不同工况下的仿真信号,同时定义相关检测指标以定量说明不同状态信号的区别,分析模型中噪声强度、随机滑动强度、随机冲击因素对切尾谱峭度算法定位共振频带性能的影响。（3）开展动静环摩擦实验与离心泵碰摩实验研究,验证切尾峭度算法对于动静环摩擦信号检测诊断的有效性与优越性。搭建模拟离心泵运行特性的动静环摩擦实验台,同时满足水介质、可调偏心、环形部件碰摩三个条件,以振动信号作为结果验证,从不同程度、不同转速、不同影响因素三个角度开展实验研究。另外,对存在叶轮-口环碰摩故障的离心泵设备进行信号检测,通过切尾谱峭度算法定位故障频带,准确可靠的提取出故障特征信息。本文结合声信号与谱峭度算法对离心泵口环碰摩故障进行特征提取与故障诊断,构建离心泵叶轮-口环碰摩的故障声信号模型,提出基于切尾峭度的快速谱峭度算法,解决常规峭度指标对随机单冲击敏感的弊端,并通过实验验证特征提取算法的有效性。本文所述方法能够在工业现场环境实现有效故障诊断,为声信号特征提取与诊断算法的有效性提供技术支撑。

关键词：离心泵口环碰摩声信号谱峭度故障诊断

碰摩故障多自由度转子—轴承系统周期运动稳定性研究

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机械工程学报 2010年第11期46卷 107-113页

作者：李朝峰李鹤马辉闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004

以有限元理论为基础,建立考虑诸如非线性油膜力、陀螺效应等因素的碰摩故障转子—轴承系统多自由度模型,应用与Newmark法结合的打靶法分析碰摩故障多自由度转子—轴承系统的周期运动稳定性。研究系统随系统偏心距、碰摩间隙、碰摩摩擦... 详细信息

以有限元理论为基础,建立考虑诸如非线性油膜力、陀螺效应等因素的碰摩故障转子—轴承系统多自由度模型,应用与Newmark法结合的打靶法分析碰摩故障多自由度转子—轴承系统的周期运动稳定性。研究系统随系统偏心距、碰摩间隙、碰摩摩擦因数、碰摩刚度等影响因素的失稳分岔规律。研究发现,小偏心距下系统发生hopf分岔失稳,而大偏心距下系统发生倍周期分岔失稳。减小系统的碰摩间隙、增大系统的摩擦因数或增大系统的碰摩刚度,将影响油膜涡动的形成,使系统失稳转速升高;对于轻度碰摩情况,系统分岔形式和失稳转速可能不发生改变,但对于重度碰摩情况,分岔形式和失稳转速将发生很大的变化。研究为相关转子—轴承系统故障诊断、振动控制及稳定性设计提供理论参考。

关键词：多自由度系统降维稳定性碰摩分岔

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碰摩转子系统的混沌特性

清华大学学报（自然科学版） 1996年第7期36卷 52-57页

作者：褚福磊张正松冯冠平清华大学精密仪器与机械学系

基于旋转机械故障诊断的需要，分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在转子与定子碰摩时的振动特征，模型考虑了碰撞时定子的线性变形以及摩擦时的库仑摩擦。分析表明，系统除具有各种形式的周期和概周期振动以外，还具有丰富的混沌运动... 详细信息

基于旋转机械故障诊断的需要，分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在转子与定子碰摩时的振动特征，模型考虑了碰撞时定子的线性变形以及摩擦时的库仑摩擦。分析表明，系统除具有各种形式的周期和概周期振动以外，还具有丰富的混沌运动与分叉现象。碰摩转子系统所展示的混沌运动以及所具有的各种现象，作为这类系统的显著特征。

关键词：转子系统混沌碰摩故障诊断旋转机械

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不对中和碰摩耦合故障下转子系统动力学分析

不对中和碰摩耦合故障下转子系统动力学分析

作者：蔚建辉太原理工大学

学位级别：硕士

作为旋转机械的核心部件,转子系统往往因加工精度及安装误差等原因,相邻转子间出现不对中故障,由此引发的机组振动问题较为明显。当转子系统发生不对中故障时,通常会导致转轴弯曲变形,转静碰摩等二次故障,影响设备正常使用,进而引发灾... 详细信息

作为旋转机械的核心部件,转子系统往往因加工精度及安装误差等原因,相邻转子间出现不对中故障,由此引发的机组振动问题较为明显。当转子系统发生不对中故障时,通常会导致转轴弯曲变形,转静碰摩等二次故障,影响设备正常使用,进而引发灾难性事故。随着转子系统向高转速、高效率方向发展,由不对中引起的碰摩故障问题愈发突出。因此,深入研究转子系统在不对中-碰摩耦合故障下的动力学行为,揭示系统参数对机组轴系振动特性及失稳规律的影响具有重要意义。本文基于转子动力学理论和方法,建立了不对中和碰摩故障下机组轴系振动模型及运动微分方程,利用Floquet理论及数值分析方法,系统研究了具有轴承不对中-碰摩耦合故障的双转子系统非线性动态响应,讨论了轴流式水轮机组联轴器偏角不对中-碰摩耦合故障下转子-转轮系统动力学行为等。论文主要研究成果如下:(1)为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性,本文基于坐标变换关系,推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上,建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型。借助打靶法和Floquet理论,探讨了有无不对中情况下系统随转速变化的动态特性差异,并采用数值方法研究了转速及质量偏心对系统动态特性的影响。结果表明,不对中量的存在显著改变了系统动态特性,增加了系统的失稳概率。此外,轴承不对中故障的存在会增加系统碰摩发生可能性、恶化轴系振动并加大系统非稳态运动范围。虽然不对中量的加入可在一定程度上延缓系统因参数变化引起的失稳运动,但据此产生的振幅增加与系统安全运行目标相悖,故应采取必要措施对轴承不对中故障加以控制。(2)针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的Lu Gre摩擦模型,本文推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明:不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。本文研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

关键词：转子-轴承系统转子-转轮系统轴承不对中碰摩联轴器不对中振动特性稳定性

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基于碰摩声发射能量定位方法研究

基于碰摩声发射能量定位方法研究

作者：张林沈阳工业大学

学位级别：硕士

在现代生产生活中,旋转机械已经成为了电力、冶金、石油化工等领域不可或缺的一部分。叶片是旋转机械的一大核心部件,在机械运行过程中发挥着不可替代的作用。随着现代工业技术的发展以及工艺的提升,各种机械设备的集成度越来越高,使得... 详细信息

在现代生产生活中,旋转机械已经成为了电力、冶金、石油化工等领域不可或缺的一部分。叶片是旋转机械的一大核心部件,在机械运行过程中发挥着不可替代的作用。随着现代工业技术的发展以及工艺的提升,各种机械设备的集成度越来越高,使得旋转机械出现叶片碰摩的可能性不断增大。一旦发生叶片碰摩将会导致严重灾难,威胁生产安全。因此确定旋转机械叶片碰摩的位置对生产安全具有重要意义。本文将声发射检测技术应用于旋转机械的叶片碰摩定位领域,研究了基于碰摩声发射能量定位方法。本文针对旋转机械容易出现叶片碰摩的问题,采用声发射检测技术,对碰摩位置进行定位。构建了声发射采集系统,采集了碰摩声发射信号。通过对声发射信号进行了特征分析选取了能量作为特征参数。利用线性时差定位方法和平面时差定位方法对采集信号进行声发射源定位。根据同一声类型发射源信号应该具有比较高的相似性的特点,并且为了有效降低噪声信号产生的干扰,将聚类算法引入到叶片碰摩定位中。针对传统的K均值聚类存在随机选取初始聚类中心的不足加以优化改进,提出了一种按照聚类中心间距离大小选取初始聚类中心的方法。该方法计算每个数据点到达已经确定的聚类中心的距离,选取距离最大的数据为下一类别的中心。利用已知分类数据进行实验,结果表明,改进后的算法可以有效减少迭代次数,提高聚类准确率。并对于K均值聚类中,聚类数目不易确定的问题,提出了利用轮廓系数来评价聚类结果进而选取聚类数目的方法。最后利用选取的能量特征参数与改进的聚类算法对声发射源进行聚类,达到了确定叶片碰摩位置的目的。

关键词：声发射定位方法聚类分析碰摩

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碰摩约束下柔性转子模态特性及其计算方法

航空学报 2020年第12期41卷 251-263页

作者：于平超陈果王存杨默晗南京航空航天大学民航学院南京211106 北京动力机械研究所北京100074

以航空发动机低压(LP)转子为代表的柔性转子,通常具有两端大质量、细长轴和长跨度支承的"弱刚度"结构力学特征,这使得碰摩产生的约束作用不可忽视,其将会导致柔性转子模态特性改变,进而造成临界转速等动力学目标偏于设计状态。本文以典... 详细信息

以航空发动机低压(LP)转子为代表的柔性转子,通常具有两端大质量、细长轴和长跨度支承的"弱刚度"结构力学特征,这使得碰摩产生的约束作用不可忽视,其将会导致柔性转子模态特性改变,进而造成临界转速等动力学目标偏于设计状态。本文以典型航空发动机低压柔性转子为对象,结合梁单元法提出了此类复杂转子在碰摩约束下的动力学建模方法;将谐波平衡思想与频域的自由度缩减技术结合,提出了相适用的非线性模态求解方法;在此之上基于ANSYS和MATLAB平台,建立了含碰摩约束的复杂转子非线性模态分析的一般流程。将方法应用到某型柔性转子系统,成功获得其模态特性,结果表明:碰摩约束使转子模态频率增加,且随转子振幅增加而增加,尤其是对风扇碰摩较为敏感的一阶弯曲模态,正/反进动模态频率变化率可达16%和29%,但模态频率的变化始终在特定区间内;碰摩对转子模态频率的影响程度与陀螺效应、转子振型及机匣刚度密切相关,但对摩擦系数不敏感。由于接触点处摩擦力做功影响,柔性转子各阶反进动模态阻尼在碰摩严重时小于0,反进动模态能发生失稳。

关键词：柔性转子碰摩谐波平衡非线性模态稳定性

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碰摩转子轴承系统的非线性动力响应行为

东北大学学报（自然科学版） 2003年第8期24卷 802-805页

作者：刘长利姚红良李鹤闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004

根据碰摩转子轴承系统的非线性动力学方程,利用求解非线性动力系统周期解的延拓打靶算法,研究了转子偏心、碰摩间隙等参数对系统动力学行为的影响,发现当转子的偏心量较小时,系统同频周期运动以Hopf分岔形式失稳,而偏心量较大时以倍周... 详细信息

根据碰摩转子轴承系统的非线性动力学方程,利用求解非线性动力系统周期解的延拓打靶算法,研究了转子偏心、碰摩间隙等参数对系统动力学行为的影响,发现当转子的偏心量较小时,系统同频周期运动以Hopf分岔形式失稳,而偏心量较大时以倍周期分岔形式失稳·系统转定子的碰摩影响了油膜涡动的产生,使系统周期运动的失稳转速提高·为转子轴承系统故障诊断、振动控制及稳定运行提供了理论参考·

关键词：转子-轴承系统碰摩延拓打靶法 Floquet理论分岔稳定性