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高频循环载荷下球面滑动副摩擦学特征研究

摩擦学学报 2020年第6期40卷 801-807页

作者：袁伟刘忠郭前建董光能董瑞春山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 淄博市中心医院肿瘤科山东淄博255036 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

试验研究了高频循环载荷对重型差速行星齿轮与球形垫片组成的球面接触副摩擦学性能的影响.通过激励不同质量弹簧振子产生极限幅值不同的高频循环载荷,利用离散小波变换分析摩擦力曲线,并对磨损过程和垫片磨痕进行观测.研究表明:摩擦力... 详细信息

试验研究了高频循环载荷对重型差速行星齿轮与球形垫片组成的球面接触副摩擦学性能的影响.通过激励不同质量弹簧振子产生极限幅值不同的高频循环载荷,利用离散小波变换分析摩擦力曲线,并对磨损过程和垫片磨痕进行观测.研究表明:摩擦力低频信号成分可表征高频循环载荷下滑动副的实时摩擦状态和变化趋势;幅值过高的高频循环载荷易导致球面垫片发生疲劳磨损、犁沟磨损、材料塑性流动和变形等多种磨损类型;激励作用对球面配副的摩擦学特征影响显著,易破坏摩擦副摩擦状态的稳定性,可以通过降低瞬时高频载荷幅值和激励强度改善球面滑动副的摩擦学性能.

关键词：摩擦学特征循环载荷球面接触副离散小波变换磨粒监测

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磨粒在线监测装置及其试验研究

中国机械工程 2018年第1期29卷 30-35页

作者：张海聪刘同冈李林宁邱先明中国矿业大学机电工程学院徐州221116

针对磨粒在线监测方案实施复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于磁场力测量的快速磨粒监测装置。对该装置磁场中的磨粒进行了运动学分析,并利用MATLAB求得了磨粒沉积轨迹的数值解。在此基础上,试验研究了磁场强度、油液黏度及输送... 详细信息

针对磨粒在线监测方案实施复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于磁场力测量的快速磨粒监测装置。对该装置磁场中的磨粒进行了运动学分析,并利用MATLAB求得了磨粒沉积轨迹的数值解。在此基础上,试验研究了磁场强度、油液黏度及输送速度对磨粒沉积的影响,并对监测装置的线性度、相关性、重复性、定量误差、灵敏度和磨粒捕捉范围进行了测试。结果表明:该磨粒在线监测装置性能稳定,符合监测要求,能够有效地捕捉粒度大于10μm的铁磁性磨粒,可实现对设备初期故障的快速预报。

关键词：油液分析磨粒监测在线监测故障诊断

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电感式磨粒在线监测传感器灵敏度提高方法

湖南大学学报（自然科学版） 2018年第4期45卷 129-137页

作者：贾然马彪郑长松王立勇杜秋王凯北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192

电感式磨损颗粒在线监测传感器的研究所面临的主要瓶颈是传感器灵敏度与孔径之间存在矛盾,灵敏度较高的传感器一般采用微流道结构(孔径<1mm),最大允许流量小;而大孔径的传感器其灵敏度较低.为满足重型机械磨损状态在线监测的需求,研究... 详细信息

电感式磨损颗粒在线监测传感器的研究所面临的主要瓶颈是传感器灵敏度与孔径之间存在矛盾,灵敏度较高的传感器一般采用微流道结构(孔径监测的需求,研究了大孔径(7mm)的电感式磨粒监测传感器灵敏度提高方法.提出使传感器工作于全谐振状态,其中激励线圈工作于并联谐振状态,感应线圈工作于串联谐振状态,共同增强颗粒引起的传感器输出感应电动势.检测机理上建立了交变磁场中金属颗粒对磁场的扰动模型,考虑了颗粒在交变磁场中的涡流效应,提高了模型的实用性.实验表明谐振原理极大地提高了传感器的灵敏度,实现了直径75μm铁磁性颗粒和220μm非铁磁性颗粒的有效检测,初步满足了重型机械设备初期异常磨损阶段的在线监测需求.

关键词：磨粒监测传感器谐振灵敏度

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基于在线磨粒监测技术的内燃机状态监测

基于在线磨粒监测技术的内燃机状态监测

作者：吴佳军西安工业大学

学位级别：硕士

内燃机作为一种在机械装备内部燃烧释放能量对外做功的动力装置被广泛应用于各个行业。作为内燃机中最典型的摩擦副之一,缸套活塞系统在运行过程中工况极为恶劣,其摩擦损失占内燃机总成一半以上,影响内燃机整机性能和服役寿命。而磨损... 详细信息

内燃机作为一种在机械装备内部燃烧释放能量对外做功的动力装置被广泛应用于各个行业。作为内燃机中最典型的摩擦副之一,缸套活塞系统在运行过程中工况极为恶劣,其摩擦损失占内燃机总成一半以上,影响内燃机整机性能和服役寿命。而磨损会产生磨粒,随润滑油进入润滑系统,润滑系统蕴含摩擦副大量的磨损信息。因此,有必要对内燃机润滑系统提出行之有效的状态监测方法,以便及时发现异常,减少经济损失。本文以内燃机典型摩擦副缸套活塞系统为研究对象,首先设计和搭建内燃机缸套活塞系统状态监测试验台;再研究内燃机润滑系统磨粒动态浓度的演化模型;然后研究基于磨粒监测的内燃机状态评估方法,最后设计内燃机缸套活塞系统的状态监测试验方案对理论模型及算法进行验证,并分析内燃机缸套活塞系统磨损状态,实现了对内燃机缸套活塞系统的在线实时状态监测。本文围绕以下几个方面进行了研究:(1)根据内燃机缸套活塞系统的实际工况和监测要求,设计、加工并搭建了内燃机缸套活塞系统状态监测试验台,设计缸套活塞系统的状态监测方案并分别研究了润滑油磨粒图像、理化指标、离线磨粒信息及磨损表面形貌的采集及信息处理方法,为研究内燃机缸套活塞系统的状态监测方法提供了有利条件。(2)以内燃机缸套活塞系统为研究对象,以粘着磨损和磨粒磨损为理论基础,考虑磨粒沉积效应和磨损非平稳特性的影响,基于Archard磨损模型建立不同磨损阶段的内燃机缸套活塞环润滑系统磨粒动态浓度模型,分析了不同工况与不同时间段磨粒浓度的演化规律。(3)将分数矩的最大熵法用于内燃机的状态评估中,针对该方法的缺点,研究将试验磨粒监测数据的概率密度函数与概率密度估计值之间的广义最小距离作为目标函数,采用食肉植物优化算法,对关键参数进行寻优求解。结合磨粒监测的诊断标准,对监测数据进行分析,结果表明,所提方法可有效实现内燃机的磨损状态评估。(4)根据提出的内燃机缸套活塞环润滑系统磨粒动态浓度模型和状态评估方法,基于在线磨粒监测信息,分析缸套活塞系统的磨损健康状态及时变趋势,并分析离线采集的磨粒及缸套表面形貌。试验表明,在线磨粒监测与离线磨粒分析、表面形貌测量结果趋势相同,证明本文所提磨粒动态浓度模型和状态评估方法可准确预警内燃机缸套活塞系统的异常。在此基础上,分析润滑油理化指标(粘度、温度)变化对内燃机缸套活塞系统磨损的影响。并进行内燃机整机的在线磨粒监测,进一步证实本文所提状态评估方法可实现内燃机的磨损状态评估。

关键词：内燃机缸套活塞系统磨粒监测磨损分析状态评估

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基于图像的磨粒特征识别及在线监测系统开发

基于图像的磨粒特征识别及在线监测系统开发

作者：闫建颖西安工业大学

学位级别：硕士

现代工业向智能化、连续化的方向迅速发展,但磨损一直是关乎机械设备使用性能及年限的重要问题,这使得在实际工况下对设备的运转状态监测与故障分析的要求越来越高。磨粒监测技术能够通过对磨损粒子的分析来判断机械的磨损情况,并对机... 详细信息

现代工业向智能化、连续化的方向迅速发展,但磨损一直是关乎机械设备使用性能及年限的重要问题,这使得在实际工况下对设备的运转状态监测与故障分析的要求越来越高。磨粒监测技术能够通过对磨损粒子的分析来判断机械的磨损情况,并对机械设备、部件的健康状态进行评估。其中获取磨粒图像并观察和分析油液中磨粒的形态特征、数量、面积、颜色等来表征磨损过程的方法,能够充分了解磨损机理。计算机图像处理与磨粒监测技术的结合更加推动铁谱技术走向了新的阶梯。本文以磨粒图像为研究对象,首先设计开发在机械设备运转过程中能够实时获取磨粒图像的润滑油磨粒监测系统,再研究对磨粒图像进行处理与特征识别的算法,最后制定行星齿轮箱剥落故障试验方案对系统及算法进行验证,实现对行星齿轮箱的健康状态监测并分析其磨损状态。主要从以下方面进行了研究:（1）首先根据润滑油磨粒监测系统的工作原理,从硬件及软件两方面来设计开发润滑油磨粒监测系统,选取了润滑油磨粒监测系统的各个硬件设备,设计了各个软件界面并编写控制程序。（2）以行星齿轮箱为试验对象,设计了健康齿轮及三种不同剥落故障程度的齿轮试验,分别从在线实时监测及离线监测两方面对其进行健康状态监测并采集了磨粒图像数据。（3）针对磨粒图像的特点引入了K-SVD字典学习算法来去除图像上的高斯噪声,并使用中值滤波、均值滤波和高斯平滑滤波算法进行对比,从主观及客观指标PSNR和SSIM两方面评价去噪效果,证明K-SVD算法对磨粒图像的有效性。（4）标记分水岭分割对多个异常大磨粒出现了过度分割或分割不完全,因此结合磨粒链图像的特点研究了改进的标记分水岭分割算法（B-FSL）,并将分割后的磨粒等效为椭圆,计算其长宽比阈值,验证B-FSL分割的准确性。（5）搭建基于迁移学习的Res Net34网络的磨粒图像识别分类方法,为丰富磨粒图像数据集对其进行数据集增广,将试验图像进行去噪与分割处理后的单颗磨粒输入网络进行识别分类,准确率在98%之上,记录并对比四组试验的分类结果,根据试验中产生磨粒的类型验证剥落故障的严重程度。（6）根据磨粒的形状特点提取磨粒的边界能量（BE）特征,分析在线监测下行星齿轮箱的磨损状态及趋势,证明本文所提取的BE特征能够对行星齿轮箱故障的出现进行提前预警。并对离线监测下采集到的磨粒图像进行裁剪、灰度化和取反等处理后提取其BE特征,绘制整个试验下的BE特征趋势图与在线监测的进行对比,验证了两者的准确性,同时也证实了BE特征对不规则的大磨粒的灵敏度且相比磨粒浓度（IPCA）起到了提前预警的作用。

关键词：磨粒监测图像去噪磨粒链分割特征提取识别分类

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电感式金属磨粒监测传感器的设计与研究

电感式金属磨粒监测传感器的设计与研究

作者：陶盟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

机械磨损随设备运行一直存在,随着磨损加剧,会逐步产生不同直径大小的磨粒,通过对润滑油液中的金属磨粒进行监测,可实现故障的预警,掌握设备的磨损情况及健康状况等。三线圈电感式磨粒监测传感器可同时实现颗粒大小、数量和种类的统计,... 详细信息

机械磨损随设备运行一直存在,随着磨损加剧,会逐步产生不同直径大小的磨粒,通过对润滑油液中的金属磨粒进行监测,可实现故障的预警,掌握设备的磨损情况及健康状况等。三线圈电感式磨粒监测传感器可同时实现颗粒大小、数量和种类的统计,具有管道流量大、检测信号强的优点,有利于实现对设备运行状况的监测和故障预警。因此,本文从理论计算、仿真分析、电路设计及实验测试等方面对三线圈电感式磨粒监测传感器展开研究。首先,基于毕奥萨伐尔定理分析了单层螺线管线圈和多层螺线管线圈的磁场特征,并建立了金属磨粒通过传感器线圈时的感应电压数学模型。通过理论分析得出了线圈匝数、管道半径及激励电压等传感器结构参数对感应电压峰值的影响,为优化传感器结构提供了理论支撑;并建立了颗粒直径和感应电压峰值的关系曲线;并且针对两激励线圈不对称的问题,推导得出了初始不平衡电压的理论公式,为设计不平衡电压补偿电路提供理论指导。然后,通过COMSOL软件,搭建了运动颗粒通过三线圈感应式磨粒传感器的三维仿真模型,分析得到了磨粒通过线圈时磁场的变化特征和感应电压的信号特征,完善了三线圈传感器的理论研究;分析了管道内径、线圈匝数、激励电压及激励频率等传感器结构参数对感应电压峰值的影响;并且分析了颗粒运动速度对感应电压峰值的影响;并基于仿真数据,拟合了颗粒直径与感应电压峰值的函数关系曲线。此外,对同一轴线不同距离的双颗粒感应电压特征进行了研究。最后,针对微米级磨粒产生的微小信号设计了一款信号处理电路,该电路可实现低噪声放大、不平衡电压补偿、相敏检波及快速傅里叶低通滤波等功能。基于理论分析和传感器仿真,对线圈匝数、管道内径等传感器结构参数进行了优化设计,并制作了传感器样件,并通过实测分析,确定了该传感器结构下最佳激励电压及最佳激励频率。搭建了实验测试平台,测试了颗粒运动速度对感应电压峰值的影响;对不同直径的铁颗粒及铜颗粒进行单颗粒电压标定,确定了铁颗粒及铜颗粒的检测下限;实验确定了同一轴线可有效区分双颗粒信号的距离,在双磨粒产生混叠的间距,建立了电压峰值与颗粒间距的函数关系。

关键词：传感器磨粒监测电磁感应 COMSOL仿真

润滑油中磁性/非磁性金属磨粒的在线监测方法研究

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润滑油中磁性/非磁性金属磨粒的在线监测方法研究

作者：赵小飞郑州航空工业管理学院

学位级别：硕士

对机械设备的磨损评估及早期故障预警急需润滑油液磨粒在线监测技术。其中,基于电磁感应原理的电感式滑油磨粒监测方法能够满足对滑油中磨粒的全流量实时在线监测。通过改进传感器的结构、增加内置磁芯、增加激励线圈数目或优化微弱信... 详细信息

对机械设备的磨损评估及早期故障预警急需润滑油液磨粒在线监测技术。其中,基于电磁感应原理的电感式滑油磨粒监测方法能够满足对滑油中磨粒的全流量实时在线监测。通过改进传感器的结构、增加内置磁芯、增加激励线圈数目或优化微弱信号处理电路等手段使电感式滑油磨粒传感器对磨粒的检测能力得到提高。然而,对电感式油液磨粒传感器的检测性能影响因素规律尚不明确,以及对铁磁性和非铁磁性磨粒在交变磁场下的电磁特性分析不足,导致检测结果出现虚警率高、磨粒检测结果误差大等问题,不能对实际工况下的油液磨粒信息进行准确获取。为此,本文开展以下研究:（1）基于金属磨粒在交变磁场作用下产生的电磁效应,对传感器工作原理进行分析总结;对传感器内部磁场进行研究,在此基础上建立传感器的输出信号数学模型,为传感器的优化设计提供可靠的理论指导依据。（2）建立仿真分析模型,对磨粒通过传感器检测区域的输出信号进行提取,挖掘出输出信号与磨粒特征的映射关系,为磨粒准确测量提供方法支撑。（3）仿真分析传感器结构参数（管道内径、线圈间距、线圈层数）、磨粒参数（磨粒材质、磨粒尺寸）、激励频率和多磨粒聚集（不同间隙、不同分布位置）对电感式磨粒传感器检测性能的影响,对各因素影响规律进行分析总结。（4）为了验证滑油磨粒检测的测试模型以及不同参数对传感器输出信号的影响规律的正确性,对三线圈结构传感器进行设计并构建滑油磨粒检测实验平台,设计相关实验,对不同材质磨粒、不同尺寸磨粒以及多磨粒进行检测实验。本文的研究为电感式磨粒监测传感器的高灵敏度优化设计提供了指导依据和方向,研究成果为油液磨粒监测技术的应用提供了新的思路。

关键词：磨粒监测金属磨粒电感式传感器摩擦磨损预警技术

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新型超声磨粒传感器输出特性研究

摩擦学学报 2015年第1期35卷 90-95页

作者：徐超张培林任国全王正军李一宁吕纯军械工程学院军械技术研究所河北石家庄050005 军械工程学院七系河北石家庄050003

设计了一种新型超声磨粒传感器,对传感器的输出一致性以及油液温度、黏度对传感器输出的影响进行了试验分析.结果表明:该超声磨粒传感器能够有效检测润滑油中小至45μm的磨粒并且具有良好的输出一致性;传感器的输出随着油液温度与黏度... 详细信息

设计了一种新型超声磨粒传感器,对传感器的输出一致性以及油液温度、黏度对传感器输出的影响进行了试验分析.结果表明:该超声磨粒传感器能够有效检测润滑油中小至45μm的磨粒并且具有良好的输出一致性;传感器的输出随着油液温度与黏度的增加而减小;高温时,因温度升高导致的换能器性能下降明显;低温时,高黏度油液对声波的吸收衰减作用显著.提出了磨粒在检测区域中的轴向位置及油液温度、黏度影响因素的修正方法.

关键词：磨粒监测磨粒传感器超声波传感器输出特性

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电感式磨粒在线监测传感器结构参数优化

燕山大学学报 2021年第1期45卷 51-57,69页

作者：苏连成崔雪燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

润滑油液中金属磨损颗粒的浓度和尺寸大小能够反映系统的健康状况,为实现对油液磨粒上述信息的实时监测,基于三线圈电感式磨粒监测传感器数学模型,分析了传感器的灵敏度与线圈结构参数的关系。同时为满足在线监测系统的需求,提出了基于... 详细信息

润滑油液中金属磨损颗粒的浓度和尺寸大小能够反映系统的健康状况,为实现对油液磨粒上述信息的实时监测,基于三线圈电感式磨粒监测传感器数学模型,分析了传感器的灵敏度与线圈结构参数的关系。同时为满足在线监测系统的需求,提出了基于改进的粒子群算法来优化传感器参数,在不同迭代阶段实现对参数的自适应调整,以平衡局部和全局搜索能力,将励磁线圈的长度、励磁线圈与感应线圈之间的距离以及管子的半径选定为合理的值,以达到最优配置。仿真结果验证了该方法能够有效提高传感器的灵敏度,具有一定的工程应用价值。

关键词：电感式传感器磨粒监测改进的粒子群算法优化灵敏度