一種基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷方法。特別是涉及一種基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)分析是對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷最簡(jiǎn)單最直接的手段，典型的振動(dòng)分析方法包括:短時(shí)傅里葉變換、小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等，但它們都有各自的局限性:短時(shí)傅里葉變換只適用于處理平穩(wěn)信號(hào)，且不能兼顧頻率與時(shí)間分辨率的需求；小波變換雖然具有可變的時(shí)頻窗口，但是小波基函數(shù)的選擇沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解是一種自適應(yīng)的時(shí)頻分解方法，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中得到了較多的應(yīng)用，但該方法存在著過包絡(luò)、模態(tài)混淆、端點(diǎn)效應(yīng)以及由Hilbert變換帶來的無法解釋的負(fù)頻率等問題。固有時(shí)間尺度分解是一種新的非平穩(wěn)信號(hào)分析方法，它解決了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的一些固有缺陷，在非平穩(wěn)腦電波信號(hào)的分析中取得了不錯(cuò)的效果。但是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)更為復(fù)雜，想要將固有時(shí)間尺度分解用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)分析仍然需要對(duì)其平滑方法和旋轉(zhuǎn)分量判據(jù)等問題進(jìn)行優(yōu)化。
[0003]在故障模式識(shí)別方面，典型的方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)和相關(guān)向量機(jī)等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部最優(yōu)解并且對(duì)參數(shù)的設(shè)置要求較高，支持向量機(jī)不能給出概率性的輸出且模型較復(fù)雜。相關(guān)向量機(jī)是一種較為優(yōu)秀的模式識(shí)別方法，它可以給出概率性的輸出同時(shí)模型較為稀疏，但是相關(guān)向量機(jī)是針對(duì)二分類問題的提出的，而故障診斷通常是多分類問題。因此，需要應(yīng)用多分類策略將二分類相關(guān)向量機(jī)拓展為多分類相關(guān)向量機(jī)。常用的多分類策略包括:一對(duì)一，一對(duì)多和有向無環(huán)。其中有向無環(huán)方法效率更高并且不存在不可分區(qū)域，但是由于有向無環(huán)節(jié)點(diǎn)分布是隨機(jī)的，如果上層節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)誤分，誤差將傳遞到下層節(jié)點(diǎn)，最終影響故障診斷精度，這被稱為有向無環(huán)的誤差累積現(xiàn)象。如何確定合理的有向無環(huán)結(jié)構(gòu)，是緩解誤差累積問題提高有向無環(huán)相關(guān)向量機(jī)模型故障診斷精度的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠準(zhǔn)確分析非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)，提取具有代表性的故障特征，降低有向無環(huán)相關(guān)向量機(jī)誤差累積現(xiàn)象的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷方法的裝置，包括有試驗(yàn)臺(tái)基座，所述的試驗(yàn)臺(tái)基座上依次并排設(shè)置有電動(dòng)機(jī)、第一軸承座、第二軸承座和第三軸承座，所述的電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一旋轉(zhuǎn)軸的一端，所述第一旋轉(zhuǎn)軸的另一端貫穿所第一軸承座后通過設(shè)置在第二軸承座內(nèi)的第二聯(lián)軸器連接第二旋轉(zhuǎn)軸的一端，所述第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端貫穿第三軸承座，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸上在位于第一軸承座遠(yuǎn)離第一聯(lián)軸器的那一側(cè)固定設(shè)置有第一圓盤，所述第二旋轉(zhuǎn)軸在伸出所述第三軸承座的那一端上固定設(shè)置有第二圓盤，所述第二旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置有第二圓盤的這一端的周邊設(shè)置有用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸工作狀態(tài)的傳感器組，所述傳感器組的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端。
[0006]所述的傳感器組包括有分別設(shè)置在所述第二圓盤周邊的用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸X方向位移的第一位移傳感器和用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸Y方向位移的第二位移傳感器。
[0007]所述的傳感器組的信號(hào)輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡連接所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端。
[0008]本實(shí)用新型的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。能夠有效的采集轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號(hào)，為基于類別可分性的改進(jìn)有向無環(huán)相關(guān)向量機(jī)模型提供了有效數(shù)據(jù)，從而能夠緩解了原模型中的誤差累積問題，可以快速準(zhǔn)確的識(shí)別轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障類型，適用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在線診斷。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2a是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)正常狀態(tài)振動(dòng)信號(hào)；
[0011]圖2b是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)輕微不對(duì)中故障振動(dòng)信號(hào)；
[0012]圖2c是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)嚴(yán)重不對(duì)中故障振動(dòng)信號(hào)；
[0013]圖2d是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩故障振動(dòng)信號(hào)；
[0014]圖2e是軸承滾動(dòng)體故障狀態(tài)振動(dòng)信號(hào)。
[0015]圖中
[0016]1:試驗(yàn)臺(tái)基座2:電動(dòng)機(jī)
[0017]3:第一聯(lián)軸器4:第一軸承座
[0018]5:第一圓盤6:第一旋轉(zhuǎn)軸
[0019]7:第二聯(lián)軸器8:第二軸承座
[0020]9:第二旋轉(zhuǎn)軸10:第三軸承座
[0021]11:第二圓盤12:傳感器組
[0022]13:數(shù)據(jù)采集卡14:計(jì)算機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置做出詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，包括有試驗(yàn)臺(tái)基座I，所述的試驗(yàn)臺(tái)基座I上依次并排設(shè)置有電動(dòng)機(jī)2、第一軸承座4、第二軸承座8和第三軸承座10，所述的電動(dòng)機(jī)2的輸出軸通過第一聯(lián)軸器3連接第一旋轉(zhuǎn)軸6的一端，所述第一旋轉(zhuǎn)軸6的另一端貫穿所第一軸承座4后通過設(shè)置在第二軸承座8內(nèi)的第二聯(lián)軸器7連接第二旋轉(zhuǎn)軸9的一端，所述第二旋轉(zhuǎn)軸9的另一端貫穿第三軸承座10，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸6上在位于第一軸承座4遠(yuǎn)離第一聯(lián)軸器3的那一側(cè)固定設(shè)置有第一圓盤5，所述第二旋轉(zhuǎn)軸9在伸出所述第三軸承座10的那一端上固定設(shè)置有第二圓盤11，所述第二旋轉(zhuǎn)軸9設(shè)置有第二圓盤11的這一端的周邊設(shè)置有用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸9工作狀態(tài)的傳感器組12，所述傳感器組12的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)14的信號(hào)輸入端。所述的傳感器組12的信號(hào)輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡13連接所述計(jì)算機(jī)14的信號(hào)輸入端。所述的傳感器組12包括有分別設(shè)置在所述第二圓盤11周邊的用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器121、用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸9X方向位移的第一位移傳感器122和用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸9Y方向位移的第二位移傳感器123。
[0025]下面給出具體實(shí)例:
[0026]本實(shí)例是基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置采集轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)以PW4000型雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為藍(lán)本，采用與原機(jī)相同的0-2-1支承結(jié)構(gòu)形式和軸承類型，試驗(yàn)臺(tái)尺寸較模型尺寸縮小一倍，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0027]利用振動(dòng)位移傳感器采集轉(zhuǎn)子系統(tǒng)正常、輕微不對(duì)中、嚴(yán)重不對(duì)中、碰摩、軸承滾動(dòng)體故障各20組信號(hào)，共獲得100組信號(hào)，采樣頻率為20kHz，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)五種狀態(tài)振動(dòng)信號(hào)如圖2a、圖2b、圖2c、圖2d和圖2e所示。其中不對(duì)中故障通過調(diào)節(jié)軸承座支撐高度實(shí)現(xiàn)，碰磨故障通過碰磨裝置實(shí)現(xiàn)，軸承故障利用線切割在滾動(dòng)體上加工深度為0.3mm的切槽實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，包括有試驗(yàn)臺(tái)基座(I)，其特征在于，所述的試驗(yàn)臺(tái)基座(I)上依次并排設(shè)置有電動(dòng)機(jī)(2)、第一軸承座(4)、第二軸承座(8)和第三軸承座(10)，所述的電動(dòng)機(jī)(2)的輸出軸通過第一聯(lián)軸器(3)連接第一旋轉(zhuǎn)軸(6)的一端，所述第一旋轉(zhuǎn)軸(6)的另一端貫穿所第一軸承座(4)后通過設(shè)置在第二軸承座(8)內(nèi)的第二聯(lián)軸器(7)連接第二旋轉(zhuǎn)軸(9)的一端，所述第二旋轉(zhuǎn)軸(9)的另一端貫穿第三軸承座(10)，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸(6)上在位于第一軸承座(4)遠(yuǎn)離第一聯(lián)軸器(3)的那一側(cè)固定設(shè)置有第一圓盤(5)，所述第二旋轉(zhuǎn)軸(9)在伸出所述第三軸承座(10)的那一端上固定設(shè)置有第二圓盤(11)，所述第二旋轉(zhuǎn)軸(9)設(shè)置有第二圓盤(11)的這一端的周邊設(shè)置有用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸(9)工作狀態(tài)的傳感器組(12)，所述傳感器組(12)的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)(14)的信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，其特征在于，所述的傳感器組(12)包括有分別設(shè)置在所述第二圓盤(11)周邊的用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸(9)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器(121)、用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸(9) X方向位移的第一位移傳感器(122)和用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸(9) Y方向位移的第二位移傳感器(123)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，其特征在于，所述的傳感器組(12)的信號(hào)輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡(13)連接所述計(jì)算機(jī)(14)的信號(hào)輸入端。
【專利摘要】一種基于振動(dòng)分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷裝置，在試驗(yàn)臺(tái)基座上依次并排設(shè)置有電動(dòng)機(jī)、第一軸承座、第二軸承座和第三軸承座，電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一旋轉(zhuǎn)軸的一端，第一旋轉(zhuǎn)軸的另一端貫穿所第一軸承座后通過設(shè)置在第二軸承座內(nèi)的第二聯(lián)軸器連接第二旋轉(zhuǎn)軸的一端，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端貫穿第三軸承座，其中，第一旋轉(zhuǎn)軸上在位于第一軸承座遠(yuǎn)離第一聯(lián)軸器的那一側(cè)固定設(shè)置有第一圓盤，第二旋轉(zhuǎn)軸在伸出第三軸承座的那一端上固定設(shè)置有第二圓盤，第二旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置有第二圓盤的這一端的周邊設(shè)置有用于采集第二旋轉(zhuǎn)軸工作狀態(tài)的傳感器組，傳感器組的信號(hào)輸出端連接計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端。本實(shí)用新型能夠有效的采集轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號(hào)。
【IPC分類】G01M13-00
【公開號(hào)】CN204514582
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420807456
【發(fā)明人】張俊紅, 劉昱, 林杰威, 馬文明, 魯鑫
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日