基于非线性状态估计的风电机组振动建模研究

本文引入振动加速度信号,与SCADA数据结合进行风电机组关键部件的状态监测及故障诊断。实验数据为某风电机组连续6个月SCADA数据,振动建模方法采用非线性状态估计技术,在风电机组故障高发部位——齿轮箱、发电机、主轴承等处加装振动加速度传感器,通过对各部位振动特性的分析,分别建立相应部位的振动模型进行故障监测与诊断,并验证其可行性。研究表明,利用非线性估计的方法建立风电机组关键部位的振动预测模型简单有效,预测精度高,为后续风电机组振动分析提供了新的思路。     

温度补偿对航天微电机转速稳定性的改善

从润滑性能引起航天微电机结构温升的角度出发,基于SKF轴承摩擦力矩计算方法,使用MSC.MARC软件,计算了电机在运转和停机状态下各部件的温度分布情况.分析结果显示,由于轴承内圈温度高于端盖,润滑油向端盖扩散,轴承系统润滑性能降低,引起电机转速不稳定.通过在支架端面施加8W的温度补偿,可使轴承内圈温度始终低于轴承端盖温度.仿真和实验证明,施加温度补偿可使微电机的转速稳定性满足设计要求.     

内燃机工况对气缸敲击振动的影响探究

为了更深入地了解内燃机工况与敲缸振动的关系,通过建立数学模型和仿真计算验证了内燃机气缸敲击振动峰峰值与发动机转速的非线性关系及与发动机负载的线性关系。内燃机扭矩平衡方程包含了发动机转速、负载和动力扭矩等信息,通过动力扭矩与活塞所受侧推力之间的几何关系将活塞径向加速度引入扭矩平衡方程,以活塞径向加速度在燃烧膨胀冲程上止点处的冲击信号峰峰值来表征敲缸振动的剧烈程度,整理后的数学模型显示加速度振动与内燃机转速为非线性关系、与负载为线性关系,经AVL-EXCITE仿真计算验证了数学模型的正确性。研究结果可以帮助在线监测系统和故障诊断人员根据敲缸振动对转速和负载的敏感性判断是否发生敲缸,为敲缸故障预警提供参考依据。     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

滚动轴承性能退化过程振动特性研究

基于6205轴承开展滚动轴承性能退化规律研究。首先设计数据采集系统记录振动加速度信号,采用疲劳加速度寿命试验方案,经592小时试验获得6套轴承性能退化过程数据。然后分析振动信号常用时域参数特征,结果表明时域参量在性能退化过程具有相同的规律趋势,并将故障过程定义为早期故障、中度故障、严重故障、预警和性能失效五个阶段。最后,基于振动加速度信号特征分析了性能退化过程的故障发展规律及其特性。研究结果能用于滚动轴承性能退化评价,也能为设备主动维护提供决策依据。     

基于混合智能算法的轴承故障诊断系统设计

设计了基于多种智能方法的轴承试验机故障监测系统,该系统可实现轴承试验机的在线监测,对被试验轴承的的振动信号的时域与频域指标通过多种智能算法进行分析,从而实现轴承故障的综合实时诊断,整个试验过程数据通过网络传送到上位机进行显示并存储到数据库中.该系统在轴承生产企业得到了成功的应用.     

滚动轴承的状态监测系统

论述了滚轴承的状态监测原理、方法和系统。为了判别轴承有无故障,采用了振动监测和温度监测系统对轴承进行在线监测。发现故障后,则采用共振解调法诊断出故障的部位及其趋势等。     

机械传动系统的智能感知技术

本文综述了传动系统关键零部件智能感知技术的发展状况,包括振动和润滑接触状态监测,以及封闭金属箱体内外的超声通信技术.振动监测主要通过嵌入系统内部的微加速度传感器及无线通信技术来实现;润滑接触状态包括压力、温度分布及油膜厚度,其中压力和温度分布测量主要利用接触式的金属薄膜电阻传感器,油膜厚度监测可以通过接触式电容方法或者非接触式超声方法.由于封闭金属箱体会屏蔽电磁信号,迫切需要实现基于机械波的箱体内外双向通信.同时,本文简要介绍了课题组开发的齿轮振动和应变无线监测系统,实验结果表明内部感知信号能够清晰地体现转速和啮合信息,从而反映传动系统的实时运行状态.     

基于混合智能算法的轴承故障诊断系统设计

设计了基于多种智能方法的轴承试验机故障监测系统,该系统可实现轴承试验机的在线监测,对被试验轴承的的振动信号的时域与频域指标通过多种智能算法进行分析,从而实现轴承故障的综合实时诊断,整个试验过程数据通过网络传送到上位机进行显示并存储到数据库中。该系统在轴承生产企业得到了成功的应用。     

温度补偿对提高航天微电机转速稳定性能的影响

某型号的航天微电机在太空中高速运行工作时转速不稳定，尤其在润滑油量不足的情况下甚至停机；而当要结束工作，缓慢停机时转速却变得很稳定。有限元方法提供了一种寻找该问题原因的手段。本文从润滑性能引起电机结构温升的角度出发，基于SKF轴承摩擦力矩计算方法，使用MARC软件，计算了电机在运转和和停机状态下各部件的温度分布情况。分析结果显示，由于轴承内圈温度高于端盖，润滑油向端盖扩散，轴承系统润滑性能降低，引起电机转速不稳定。通过对不同位置施加温度补偿的计算，最终确定在支架端面施加8W的温度补偿，使得轴承内圈温度始终低于轴承端盖。实验证明，施加温度补偿是一种很有效的方法，使得电机转速稳定性能满足设计要求     

基于LabVIEW的多功能转子故障模拟测试系统设计

不平衡、不对中、弯曲、松动、碰摩等故障常导致旋转机械动态特性恶化。对转子振动信号的监测与分析,是判断设备故障类型及预测故障发展趋势的主要手段。本文开发出一种可实现故障模拟的多功能转子振动测试系统。通过改变轮盘的不平衡质量、调整轴承座的高度、控制润滑状态等方法模拟转子动平衡、不对中、轴承故障等多项实验。测试系统由转子实验台、传感器与信号调理设备、NI公司的6009数据采集卡及计算机组成。采用LabVIEW8．5设计了测试系统软件,详细讨论了转速、加速度及位移信号的采集与处理方法。测试结果表明,不同工作状态下轴承座振动信号的时域、频域波形和转子轴心轨迹形状可用于表征转子各单项及综合故障。     

高速列车智能诊断与故障预测技术研究

综合运用列车运维产生的实时数据和历史数据,提取智能诊断模型,对车载设备运行状态进行监控和预测,是建立高速列车智能诊断和故障预测系统的思路和方法.以转向架关键轴承的可靠性监测和故障预警作为案例,系统阐述了该方法在轨道交通装备故障预测方面的应用.通过对比轴承监测系统记录的原始数据和诊断模型的预测结果,验证了该研究对于提高高速列车运行安全的重要意义和有效性.高速列车运维的长期实践表明,整体框架和建模方法对于现阶段建立系统的、分层次的高速列车智能诊断和故障预测系统具有现实的指导意义,在提高列车检修效率方面起到重要作用.     

基于实时监测的轴承寿命预测方法

从凯斯西储大学轴承数据中心提取了斯凯孚(SKF)轴承内圈、滚动体和外圈不同故障尺寸的原始振动信号,故障尺寸分别为0.007,0.014和0.021 in（1 in=2.54 cm),对其进行经验模态分解(EMD),发现共有17个本征模函数。进行主成分分析(PCA),发现内圈和外圈故障尺寸与第一主成分和第二主成分的关系可通过主成分拟合公式进行准确拟合,因此,通过实时监测轴承振动信号并进行信号分析,可获得内圈和外圈的故障尺寸,利用Pairs-Erdogan公式和有限元仿真方法对含故障轴承的剩余寿命进行了预测。该研究对预防由含裂纹轴承导致的机械事故具有重要的意义。     

铁路货车轴承温升特性研究

热轴故障是铁路货车运行中常见的故障类型,为降低列车热轴故障的发生率,有必要对铁路货车轴承温升特性进行研究。在铁路货车轴承拟静力学分析的基础上,采用局部法,建立铁路货车轴承摩擦功耗计算模型,基于传热学理论,对铁路货车轴承系统进行传热分析,建立铁路货车轴承温升仿真模型,研究轴承工况参数和结构参数对铁路货车轴承温升特性的影响规律,并设计温升试验进行验证。结果表明：仿真结果与试验结果的最大误差为13.8%,轴承系统温升最高点位于第二列内圈大挡边与滚子球基面接触位置,轴承温升随着载荷、转速和内圈大挡边倾角的增大而增大,随着环境温度的升高而增大,随着滚子球基面半径的增大而减小。研究成果对铁路货车轴承的设计、使用具有一定参考价值。     

基于混沌分形理论的滚动轴承微小故障诊断

为提取轴承微小故障的故障特征,提出一种基于混沌分形理论的滚动轴承故障诊断方法。通过计算滚动轴承振动信号的最大Lyapunov指数,进行轴承运动的混沌识别;然后,对具有混沌特性的振动信号,计算关联维数和盒维数作为故障诊断的状态特征量。当关联维数不能明显区别轴承故障时,利用关联维数与盒维数相结合的方法判别故障;最后,选取滚动轴承滚动体、内圈、外圈存在微小故障和较明显故障以及正常状态7种工况的振动信号进行实验。研究结果表明:该方法能准确提取故障特征并完成滚动轴承的微小故障诊断。该方法为滚动轴承故障诊断提供了新的有效途径。     

组件温度对球轴承热冲击流变润滑特性的影响

为了研究组件温度对球轴承热冲击流变润滑性能的影响,考虑轴承组件温度与供油温度之间的差异,采用Eyring剪稀流体建立了球轴承热冲击流变弹流润滑模型,利用多重网格方法与时变性、流变性和温度场的分析技术研究了组件温度对动态油膜热流变弹流润滑性能的影响,并对极端工况下的热失效现象进行分析.结果表明:滚动体温度越高,其油膜厚度及摩擦系数越小;在极端工况下,轴承内圈与滚动体之间出现了高压、高温和低膜厚现象;轴承内圈温度达到边界膜脱附时的第1临界温度,且轴承内圈与滚动体之间处于混合润滑状态.因此,分析滚动轴承的非稳态热流变弹流润滑特性时需考虑轴承温度场的影响.     

轮轨激励条件下轴箱轴承内圈故障振动特性分析

高速列车运行过程中，轮轨复杂激励会对轴箱轴承的动力学行为产生不可忽视的影响.首先利用UM(universal mechanism)软件建立车辆-轨道动力学模型，在对车辆模型进行稳定性、平稳性和安全性验证的基础上，获取了复杂激励下轴箱轴承所受的垂向、纵向和横向载荷；然后，通过Solidworks软件和ADAMS软件建立了轴箱轴承内圈剥离故障动力学模型，通过与滚振实验台轴箱轴承实验对比，验证了所提模型的准确性.通过动力学仿真分析可知，轴箱轴承故障侧的滚子与内圈接触载荷大于非故障侧与正常轴承，故障侧保持架的振动大于非故障侧与正常轴承，内圈故障冲击加剧了轴承保持架与外圈的质心波动.最后，进一步对比考虑轮轨激励下与定载荷下故障轴承仿真结果发现，受轮轨激励的影响轴承内部各个元件间的接触载荷显著增大，轴承保持架与外圈质心运动轨迹盒维数显著增大.研究成果对揭示实际工况下高速动车组轴箱轴承内部元件振动特性规律具有重要意义.     

基于NSET的风力发电机后轴承温度预警方法

采用非线性状态估计(NSET)方法对风力发电机的后轴承温度进行建模与分析;并采用Relief方法对特征参数进行选择,减少了NSET建模的复杂性。通过所建模型预测发电机后轴承温度,将其与正常运行温度进行比较;并利用滑动窗口对残差均值进行比较。若超出阈值范围,则发电机出现故障。验证结果表明,非线性状态估计(NSET)方法可以准确预测发电机后轴承温度,实现发电机运行状态的预警监测。     

水润滑轴承振动噪声分析及实验研究

建立低速重载条件下水润滑轴承有限元模型,应用Abaqus/Explicit模块分析不同摩擦系数、载荷、转速对水润滑轴承瞬态特性的影响规律,确定轴承的振动频率和振动加速度有效值,并进行实验验证.结果表明:摩擦系数越大,系统的振动幅值越高,振动噪声的分布越大,系统的稳定性越低,在一定范围内,随着载荷的增加,轴承系统的振动增大;转速对水润滑轴承振动频率的影响较小,但系统的振动加速度随着速度的增大而增大.有限元分析与实验结果基本吻合,为研究水润滑轴承的振动噪声机理提供理论依据.     

基于虚拟仪器的两挡齿轮箱故障模拟实验系统研制

为能够方便设置和复现齿轮箱故障,设计了一款具备二级传动的齿轮箱故障模拟装置,并基于LabVIEW软件开发了信号采集与处理系统。故障模拟实验系统可以在不同速度下模拟直齿或斜齿啮合故障、轴承故障。通过实验系统实际测量了齿轮不对中故障和滚针轴承断裂故障的振动加速度波形,结果表明,故障模拟实验系统能够测量、采集和处理振动信号,可作为故障诊断技术实践教学和研究平台。