发布时间 : 星期日 文章基于振动信号分析的提升机齿轮箱故障诊断研究2更新完毕开始阅读48f4140e79563c1ec5da7151
第1章 引言
集机、电、液于一体的大型机械设备研究较少，现有的故障诊断系统也不够成熟。其主要表现为[6-9]：
（1）目前国内外对提升机的研究主要在集中工况监视上，功能较少，大部分只限于8项后备保护对监测参数的数据处理比较粗糙，对设备运行工况和故障诊断功能很弱，智能化程度较低。
（2）已开发的智能诊断专家系统只是基于知识的，知识表示单一，存在明显的局限性，如：自适应能力差，学习能力差，实时性差，对推理结果有很大的影响。
（3）对提升机故障机理、特征参数的提取缺乏系统性研究，不能有效地利用专家的知识和经验，智能性差。对于矿井提升机故障预测和远程故障诊断研究很少。
（4）提升机控制系统的设计是建立在各传感器与执行器正确的基础上，但当传感器或执行器一旦出现故障，将会对提升系统的安全运行产生严重影响。
1.2 齿轮箱振动故障诊断的研究现状及发展趋势
1.2.1 齿轮箱振动故障诊断的研究现状
自上世纪六十年代中期以来，齿轮箱的振动和噪声问题已成为评价一个齿轮装置好坏的重要因素，引起了世界范围内的广泛关注。英国学者H.optiz在1968年就齿轮振动与噪声的机理，发表了一些著名的研究曲线，阐述了齿轮箱的振动和噪声是传动功率和齿轮传动误差及齿轮精度的函数。美国的Buckingham和德国的Niemann也对齿轮箱的振动和噪声提出了自己的见解和看法。从上世纪70年代初开始，出现了只用齿轮箱的一些简单振动参数对其进行故障诊断的“简易故障诊断”，但对齿轮箱故障的灵敏度反应不高，故障准确率很低。接着又出现了齿轮箱故障诊断振动信号的频域分析法，其中B.Randall和James I.Taylor等人做了很多有益的研究，积累了一些故障诊断成功的实例，对齿轮磨损和齿断裂等故障诊断较为成功。
目前的齿轮箱故障诊断研究主要集中在齿轮箱状态监测仪器和分析系统的开发、信号处理和分析、故障机理研究和典型故障特征的提取、诊断方法研究和人工智能的应用等几个方面。
人们在监测分析系统的开发方面已进行了大量的研究，并研制了许多相应的
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工程硕士学位论文
仪器、设备。如日本和丹麦生产的磁带记录仪、美国亚特兰大公司的M777便携式数据采集仪、HP,B&K,CF的信号分析仪等。近年来，由于微机，特别是便携机的迅速发展，基于便携机的在线、离线监测与诊断系统日益普及，如美国生产的M6000系列产品，特别值得一提的是国内开发的一些基于微机的在线、离线监测分析系统，如重庆大学的DAS动态信号分析及故障诊断系统等[8-10]。
信号的处理和分析方法也取得了相当大的发展，从传统的分析方法如时域波形分析、转速同步分析、功率谱分析、细化谱分析、相关分析、相干分析、倒频谱分析、解调分析、泽布图、伯得图等分析方法到一些较新的分析方法如Wigner-Ville技术、优化Hilbert解调、复调制带通滤波器解调、小波分析、第二代小波分析等时频分析方法已开始得到应用和研究，并取得了一定的效果，出现了一些新的分析方法[14]。
在齿轮箱典型故降机理研究和特征提取方面，由于齿轮箱的结构复杂，工作环境一般比较恶劣，各种干扰较大，涉及问题较多，国内外学者虽然取得了一定的成绩，但对于齿轮和轴的故障机理研究仍然不够深入，需要进一步的完善和研究。
1.2.2 齿轮箱振动故障诊断的发展趋势
自20世纪70年代以来，国内外许多从事齿轮故障诊断研究的学者，提出了很多这方面的理论和方法，如振动诊断、噪声分析、油液分析、声发射、温度及能耗监测等。齿轮箱中的轴、齿轮和轴承在工作时会产生振动，若发生故障，其振动信号的能量分布就会发生变化，振动信号是齿轮箱故障特征的载体。对其振动状况分析，可实现不停机操作状态下的故障诊断，大大的减少了由于停机所造成的巨大经济损失，而且基于振动分析的故障诊断系统性能可靠，价格便宜，操作简单方便，所以，振动诊断是一种行之有效的故障诊断方法，在我国及世界范围内得到了广泛的应用。
随着企业管理的现代化综合计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、显示技术等多种科学技术的虚拟现实与现代通讯技术的国际互联网络、局域网络、调制解调器等相结合，实现远程诊断，将是今后机械故障诊断的发展方向[11-15]。
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第1章 引言
1.3 本课题研究的目的和意义
本课题研究的目的：通过对平煤五矿2JK3.0×1.5型提升机齿轮箱信号的采集、分析、特征提取、状态监测和故障预报与诊断工作，对矿井提升机齿轮箱进行状态监测与故障诊断，并实现快而准的工程应用效果。从而达到理论成果应用于工程实际，并进一步转化为生产力的目的。
本课题研究的意义：通过对平煤五矿2JK3.0×1.5型矿提升机齿轮箱进行状态监测与故障诊断研究。将为该矿井提升机减少维修费用和因故障停产所带来的损失带来可观的经济效益。对于矿山设备维修体系的科学管理具有现实意义。
1.4 本课题的主要研究内容及创新点
本课题针对工程实际中确保齿轮箱安全运行是确保提升机安全生产的这一重大问题。以MATLAB7.0为软件平台，在运用传统时域分析和频域分析的基础上，研究和引入了同态解调技术，提取齿轮箱的振动故障特征信息；同时，利用了小波分析和小波包分析的良好的时频分析能力，对提升机齿轮箱所产生的非平稳振动信号进行分析处理，以突出齿轮箱故障特征的在时域和频域里的对应性，弥补时域分析、幅值谱分析和同态解调谱分析等分析方法的不足；最终，本课题对矿井提升机齿轮箱进行状态监测与故障诊断，实现了快而准的工程应用效果。从而达到理论成果应用于工程实际，并进一步转化为生产力的目的。论文各章节所研究的内容概述如下：
第一章 概述了矿井提升机及其齿轮箱故障诊断技术的国内外发展过程、现状和趋势，阐明了本课题的目的和意义。
第二章 针对矿井提升机齿轮箱运转的特点，阐述了矿井提升机及其齿轮箱的结构原理，着重阐述了齿轮箱的振动机理和典型故障机理，并分析了齿轮箱故障振动特性，为对矿井齿轮箱进行振动诊断分析提供了理论依据。
第三章 针对矿井提升机齿轮箱的振动特性和典型故障产生机理，阐述了振动诊断领域的常用信号处理方法，即振动时域分析方法和频域（FFT）分析方法。分析研究了同态解调技术，并MATLAB7.0为软件平台，编写M文件，实现了该项技术应用到矿井提升机齿轮箱振动检测和故障诊断中，为成功地从复杂的振动信号中提取和分离故障特征信息提供了可靠手段。
第四章 针对提升机在提升或下放的过程中，齿轮箱产生的振动信号为非平稳
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信号这一特点，引入了小波变换及小波包分析理论，同时以MATLAB7.0为软件平台实现了小波变换和小波包变换对提升机齿轮箱振动信号的分析，为发挥其在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力，和对提升机齿轮箱进行状态检测和故障诊断提供了可靠手段。
第五章 针对平煤五矿提升机齿轮箱出现的异常振动和噪声，在简易诊断的基础上，利用传统谱分析技术、同态滤波技术和小波分析等信号分析手段，对振动烈度大的典型测点进行精密故障诊断。依据诊断结论，矿井机电人员对该齿轮箱运行状况进行了严密监控，并在设备大修中验证了诊断结论，并更换了齿轮箱的齿轮传动系统，确保了提升机的安全运行。
第六章 对全文进行总结，展望未来的工作和研究方向。
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