故障旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)及診斷技術(shù)中若干問(wèn)題的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械在電力、能源、交通、國(guó)防和化工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力特性的研究也逐漸得到了人們的重視。對(duì)于復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)，由于各種非線性因素及各種故障的影響，在振動(dòng)劇烈時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)毀人亡的重大事故。因此，研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障機(jī)理和診斷技術(shù)有著十分重要的意義，目前國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在這些方面進(jìn)行了大量的研究，已取得了豐碩的成果。 深入分析某一型號(hào)旋轉(zhuǎn)機(jī)械力學(xué)模型的動(dòng)力學(xué)特

2、性，有助于該種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)和使用，但是許多情況下，力學(xué)模型的建立要考慮參數(shù)的隨機(jī)特性。實(shí)際的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)性是由于工程材料特性、加工制造的原因以及使用環(huán)境的影響造成的，因此，即使是同一批生產(chǎn)的同一型號(hào)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)仍具有一定的差異。分析各隨機(jī)參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的靈敏度問(wèn)題，可以得知哪些參數(shù)在設(shè)計(jì)、制造時(shí)需要嚴(yán)格控制，避免設(shè)計(jì)的盲目性；分析各隨機(jī)參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征的影響，可以得知在故障發(fā)生時(shí)，需要首先修改哪些參數(shù)

3、，從而可以減小或根治該類故障。分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的可靠性，可得知旋轉(zhuǎn)機(jī)械各部件的安全程度，而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，避免意外故障的發(fā)生，此外還可以通過(guò)可靠性指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)整機(jī)的設(shè)計(jì)水平。因此，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的靈敏度和可靠性分析在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、故障維修處理等方面均有重要的應(yīng)用價(jià)值。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)具有重要的意義，國(guó)內(nèi)外的許多科技工作者致力于故障診斷的研究，在故障機(jī)理的分析、故障特征的提取、故障預(yù)測(cè)及推

4、理、故障診斷等多個(gè)方面取得了顯著的成果，并取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求故障診斷技術(shù)能夠迅速地定量診斷出故障的具體位置以及故障的嚴(yán)重程度，因此國(guó)際上已興起了旋轉(zhuǎn)機(jī)械定量診斷技術(shù)的研究，并在單一故障的診斷中取得了成功。 本論文的工作主要集中對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理和定量故障診斷的研究，具體內(nèi)容如下： (1)結(jié)合一般概率攝動(dòng)有限元法和求解非線性周期問(wèn)題的打靶法，提出了適合于求解隨機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)周期響應(yīng)的邊值求解

5、方法。 (2)采用一般概率攝動(dòng)有限元法和打靶法相結(jié)合的邊值求解方法，分析具有隨機(jī)參數(shù)的滑動(dòng)軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的周期響應(yīng)以及系統(tǒng)在正常運(yùn)行和在單一故障、耦合故障的情況下的靈敏度、可靠性和可靠性靈敏度問(wèn)題，并詳細(xì)分析了各參數(shù)的影響。 (3)提出了隨機(jī)參數(shù)非線性動(dòng)力系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性問(wèn)題的求解方法，在Kronecker代數(shù)、矩陣微分理論、矩陣攝動(dòng)理論和概率統(tǒng)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了多隨機(jī)參數(shù)系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性的靈敏度和可靠性計(jì)算公式，并

6、分析隨機(jī)參數(shù)滑動(dòng)軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性問(wèn)題，以及各隨機(jī)參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的靈敏度問(wèn)題。以正常運(yùn)行和情況下的小型壓縮機(jī)為例，證明該方法可以有效地分析非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性的概率分析問(wèn)題。 (4)分析了復(fù)雜質(zhì)量慢變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在單一故障如裂紋、碰摩、支撐松動(dòng)和耦合故障如裂紋碰摩、裂紋松動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)特性，并將EMD方法引入復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障診斷中，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量慢變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的診斷。 (5)將小波時(shí)頻方法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械耦合故障的診斷之中

7、，采用小波等高圖來(lái)診斷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)裂紋、碰摩和裂紋碰摩耦合故障，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論結(jié)果。 (6)采用基于模型的診斷方法診斷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的單一故障和耦合故障，將卡爾曼濾波方法引入轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的定量診斷，實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的濾波和未知參數(shù)的估計(jì)。提出了通過(guò)曲率比較的方法，判定故障發(fā)生的具體位置，提出了用能量方法判斷周期性單一故障中故障力的具體大小。提出了利用故障力引起的等效力分量特性將耦合故障分解為單一故障，實(shí)現(xiàn)定量診斷。對(duì)故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了大量的