融合油液分析和振动分析的齿轮磨损故障诊断研究

摘要

齿轮作为一种有效的机器部件，在机器设备中得到广泛的应用，对齿轮故障进行准确诊断具有重要的社会意义和经济价值。本文在总结和汲取前人的研究成果基础上，结合实际研究课题，以信息理论为基础，开展融合油液分析和振动分析的齿轮磨损故障诊断研究。 本文首先概述油液分析和振动分析对齿轮磨损故障进行诊断的基本情况，信息熵和信息融合在齿轮磨损故障诊断中的应用情况，以及分析现有研究方法的局限性和缺陷，提出融合油液分析和振动分析对齿轮磨损故障进行诊断的新的研究思路。然后从如下几个方面利用信息理论中的信息熵和信息融合技术融合油液分析和振动信号分析对齿轮磨损故障诊断进行研究： 一、融合油液分析和振动分析进行齿轮磨损故障诊断的理论基础研究。首先探讨齿轮磨损失效机理、各种类型齿轮故障模式及其磨损机理，研究利用油液分析技术和振动信号分析技术进行齿轮磨损轮故障诊断的理论基础，从理论上分析振动和磨损的初步关系；接着对本文中主要的使用方法．信息熵和信息融合技术在磨粒识别中、油液分析故障诊断中和振动信号故障诊断中的理论基础进行比较详细和深入的研究和探讨，最后从信息熵的基本原理出发对信息融合的科学性进行了证明。这样就建立了融合油液分析和振动信号分析对齿轮磨损故障进行诊断的理论基础。 二、磨粒融合识别。磨粒分析是齿轮磨损故障诊断中的主要方法之一，磨粒的有效识别对齿轮磨损故障的诊断具有非常的意义。由于磨粒识别的方法很多，如统计参数法、傅立叶算子法、分形理论和小波函数法等，但是每种方法都具有其优点和缺点，对于磨粒的识别都有其不如意之处，为了更好地进行磨粒识别，本论文利用信息融合技术对磨粒进行融合识别，提出一种新的磨粒识别融合方法．对各种识别方法的识别结果进行决策融合，得到磨粒融合识别结果，并用算例进行了验证，验证的结果表明磨粒的融合识别结果比单一方法的识别结果具有更高的准确性。 三、齿轮模拟磨损故障试验。由于缺乏齿轮磨损情况下同时提取的油液分析样本和振动信号，因此，本文设计了8种齿轮模拟磨损状态试验(包括正常磨损、单面单点蚀、单面三点蚀、多面多点蚀、轻度剥落磨损、中度剥落磨损、严重剥落磨损和断齿故障)，利用试验得到8种模拟试验的油液样本和振动信号。然后对8种模拟试验的油液样本和振动信号进行分析，提取它们的特征参数，并利用试验数据对磨损和振动的关系进行探讨，发现试验结果与理论分析结果吻合得比较好，为融合油液分析和振动分析进行齿轮磨损故障诊断提供所需要的理论依据和样本数据。 四、融合油液分析和振动分析对齿轮磨损故障进行故障诊断。首先利用信息熵中的极大熵原理建立油液分析的齿轮磨损故障判别标准，并把该方法应用到茂名石化乙烯动力厂风机变速箱的故障诊断中去，发现该方法建立的磨损判别标准是有效的；然后建立基于特征层面融合和基于决策层面的齿轮磨损故障诊断模型，并利用前面得到的试验数据对这两个齿轮磨损融合故障诊断模型进行验证，融合结果表明融合油液分析和振动分析能大大提高故障识别率；最后部分初步探讨了齿轮磨损预测问题，她对于齿轮的故障诊断具有很重要的意义。 本论文对融合油液分析和振动分析对齿轮磨损故障诊断方法进行了研究，利用D—S证据理论建立磨粒融合识别模型，利用信息熵理论中极大熵原理建立齿轮磨损故障诊断标准(这种齿轮磨损判别标准方法成功应用于茂名石化风机动力厂变速箱监测系统中)，建立融合振动分析和油液分析的齿轮磨损故障融合诊断模型，并利用齿轮模拟试验数据进行验证。并从理论上和试验上对磨损和振动的关系进行了初步有益的探讨。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理变量与符号表

声明

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2齿轮磨损故障诊断概述

1.2.1基于油液分析的齿轮磨损故障诊断技术概述

1.2.2基于振动分析的齿轮故障诊断技术

1.3基于信息熵和信息融合技术的磨损故障诊断技术概述

1.3.1信息熵理论

1.3.2信息融合技术

1.3.3信息熵和信息融合技术在齿轮磨损故障诊断中的研究现状

1.4现存主要问题和不足之处

1.5论文的结构和主要内容

1.6本章小结

第二章融合油液分析和振动分析对齿轮磨损故障诊断的理论研究

2.1齿轮磨损失效模式和机理

2.1.1齿轮失效模式

2.1.2齿轮失效形成的机理

2.2基于油液分析的齿轮故障诊断分析

2.2.1磨粒分析

2.2.2铁谱分析技术的主要参数及其意义

2.3基于振动分析的齿轮磨损故障诊断理论基础

2.3.1齿轮磨损振动的机理

2.3.2齿轮磨损情况下的齿轮振动信号特征

2.3.3齿轮振动特征的提取方法

2.4信息熵和信息融合技术在齿轮磨损故障诊断中应用的理论基础

2.4.1信息熵在齿轮磨损故障诊断中的应用

2.4.2信息融合技术在齿轮磨损故障中应用的理论基础

2.5本章小结

第三章磨粒融合识别

3.1概述

3.2磨粒特征提取

3.2.1磨粒图像处理

3.2.2磨粒特征提取方法

3.3基于信息融合技术的磨粒识别

3.3.1磨粒融合识别模型

3.3.2参数设定和处理

3.3.3算例和讨论

3.4本章小结

第四章齿轮模拟试验

4.1齿轮模拟试验系统

4.1.1齿轮传动试验台

4.1.2试验用齿轮箱

4.1.3数据采集系统

4.2分析仪器

4.2.1铁谱分析仪

4.2.2表面形貌分析仪

4.3齿轮磨损模拟试验方案

4.3.1点蚀故障

4.3.2疲劳剥落

4.3.3正常磨损

4.3.4齿轮断齿

4.4本章小结

第五章数据分析与特征提取

5.1油液分析故障特征

5.1.1直读铁谱分析

5.1.2分析铁谱

5.1.3形貌分析

5.2振动分析特征

5.2.1时域分析

5.2.2频域分析

5.3磨损与振动初步探索

5.4本章小结

第六章融合油液分析和振动分析的齿轮磨损故障诊断

6.1齿轮磨损故障状态判别标准的建立

6.1.1基本原理

6.1.2方法建立

6.1.3茂名石化中的应用

6.2信息融合在齿轮磨损故障诊断中的应用研究

6.2.1特征层面融合油液分析和振动分析的齿轮故障诊断

6.2.2决策层面融合故障诊断

6.3齿轮磨损预测方法初步研究

6.3.1基本原理

6.3.2数学模型

6.3.3算例与讨论

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见