基于虚拟仪器的全断面掘进机状态监测系统的研究

论文摘要

随着地下工程的快速发展,全断面掘进机得到了越来越广泛的应用。该设备是集机械、电子、液压、计算机、激光等为一体的大型综合设备,结构复杂、价格昂贵。犹如一个流水化作业的工厂,全断面掘进机施工工序环环相扣,某一个环节出现问题,都可能造成整台设备的停机,甚至瘫痪,使得整个工程无法进行,造成的损失是惊人的。因此,及时把握全断面掘进机关键设备的状态,减少不必要停机,对保障工程的顺利进行具有十分重要的意义。本文结合虚拟仪器技术,以LabVIEW为软件编程语言,研究开发了全断面掘进机状态监测系统。本论文的主要研究内容包括如下几部分：1.针对全断面掘进机工作环境及工各部件重要性的不同,确定了主要监测对象,分成主电机、主变速箱、轴承、液压泵除尘通风系统五类,完成了全断面掘进机状态监测仿真模型的建立,通过对全断面掘进机进行针对性分析,对监测系统的硬件部分进行了选型和设计。2.通过传感器、信号采集卡等硬件设备结合LabVIEW的DAQ信号采集工具包对全断面掘进机主要部件的工况进行信号采集。根据全断面掘进机机构庞大,施工过程中各部件容易互相影响,提出了对信号进行滤波、加窗,降噪等预处理方案。3.根据全断面掘进机结构复杂实际工作环境恶劣等实际因素,结合当今信号处理方法的主流分析方法,提出了各种振动信号的处理方法,并通过实例进行了验证,证实了此分析方法的可行性。4.对监测系统的软件部分进行了设计。系统软件是以LabVIEW为平台,设计开发了数据采集存储、信号分析处理以及远程发布三大功能模块。数据存储可实现波形存储和统计量数据存储；信号分析处理集成了时域分析、频域分析、时频域分析等丰富的分析方法,为状态监测提供了形象直观的依据。5.通过Web发布以及软件设计,将本监测系统实现了远程共享,可供各地工程师们实现远程监测,并为故障诊断提供可靠数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.2 主要子系统和功能介绍
• 1.3 TBM工作原理概述
• 1.4 TBM状态监测的发展动态及研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 本课题研究的目的与实际意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 理论意义
• 1.5.3 实际应用价值
• 1.6 本论文主要内容与框架结构
• 第2章 监测对象分析及监测方案的拟定
• 2.1 监测对象分析
• 2.2 监测对象的选择与监测方法的确立
• 2.3 全断面掘进机总体监测方案
• 2.4 测点的选择和传感器的安装
• 2.5 全断面掘进机状态监测的故障判断标准
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于虚拟仪器的全断面掘进机状态监测系统总体结构
• 3.1 虚拟仪器概述
• 3.1.1 虚拟仪器简介
• 3.1.2 虚拟仪器定义
• 3.1.3 虚拟仪器的特点与优势
• 3.1.4 虚拟仪器的优势
• 3.2 全断面掘进机状态监测系统总体结构
• 3.3 监测系统的硬件组成
• 3.3.1 传感器
• 3.3.2 信号调理设备
• 3.3.3 信号采集卡
• 3.3.4 笔记本电脑
• 3.4 监测系统的软件结构
• 3.5 本章小结
• 第4章 全断面掘进机状态监测信号分析
• 4.1 时域分析
• 4.1.1 时域特征值统计量分析
• 4.1.2 相关分析
• 4.1.3 状态监测应用实例
• 4.2 频域分析
• 4.2.1 傅里叶变换与傅里叶逆变换
• 4.2.2 快速傅里叶变换
• 4.2.3 幅值谱和功率谱
• 4.2.4 倒频谱分析
• 4.2.5 状态监测应用实例
• 4.3 时频域分析
• 4.3.1 短时傅里叶变换
• 4.3.2 小波分析
• 4.3.3 状态监测应用实例
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于LabVIEW的全断面掘进机状态监测系统的开发
• 5.1 LabVIEW概述
• 5.1.1 LabVIEW简介与特点
• 5.1.2 LabVIEW的优势
• 5.1.3 LabVIEW应用程序的构成
• 5.1.4 虚拟仪器设计步骤
• 5.2 监测系统的总体设计
• 5.2.1 信号采集模块
• 5.2.2 数据存储与再读取模块
• 5.2.3 状态显示与报警
• 5.2.4 振动监测
• 5.2.5 油液监测
• 5.2.6 压力监测
• 5.2.7 远程发布
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢