大型隔膜泵组故障诊断系统研究

论文摘要

大型隔膜泵是工业生产领域的重要机械设备之一,其运行状态的好坏直接关系着工厂的生产效率,因此,对其工作状态进行在线监测和故障诊断是十分必要的。隔膜泵机组的振动以及其它故障是影响机组安全和稳定运行的主要因素。因此,对机组振动、温度以及其它影响机组运行的参数的监测就显得至关重要,隔膜泵的故障诊断也是提高企业生产运行效益和原料供应保障的重要措施。本文首先叙述了开展隔膜泵在线监测与故障诊断的意义,接着对隔膜泵主要零部件的故障机理进行了分析,讨论了各种零部件的振动特性,采用小波分析和灰色关联度等方法针对振动信号的特征提取和故障识别做了深入研究。曲轴是隔膜泵中最重要的部件之一,也是受力最复杂的部件。它的尺寸参数很大程度上影响着隔膜泵的整体尺寸和重量,同时也影响隔膜泵的可靠性与寿命。以曲轴作为主要研究对象,用ANSYS软件对整体曲轴建立了符合实际情况的三维模型,采用有限元法对其进行了三维有限元分析,研究了整体曲轴的应力状态和变形情况,为曲轴的设计提供了理论支持。针对曲轴的裂纹故障采用了比振动诊断方法更加准确的声发射诊断方法。该系统由信号在线监测的硬件系统和信号监测和分析的软件系统两大部分组成。信号监测的硬件系统主要由各种传感器、放大器、采集卡、工控机等组成；在线监测和故障分析的软件系统主要是基于虚拟仪器技术,采用LabVIEW和MATLAB混合编程,主要完成信号的采集、处理和故障报警、诊断等功能。应用虚拟仪器技术构建的监测和故障诊断系统,可以完成各种信号的在线自动监测和故障识别,降低了测试成本,提高了测试效率,增强了系统的灵活性,方便了测试实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题来源及背景
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 设备故障诊断技术的国内外发展概况
• 1.3 隔膜泵故障诊断的研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 在线监测系统开发的基础工作
• 2.1 系统监测设备的确定
• 2.1.1 隔膜泵简介
• 2.1.2 诊断对象确定的一般原则
• 2.1.3 隔膜泵机组重点监测设备的确定
• 2.2 隔膜泵主要监测部件的确定
• 2.2.1 隔膜泵待检零部件的选择
• 2.2.2 待监测零部件的故障特征分析
• 2.3 待测零部件测定参数的选择
• 2.3.1 测定参数的选择原则
• 2.3.2 待测隔膜泵组测定参数的选择
• 2.3.3 测定周期的确定
• 2.4 隔膜泵组及隔膜泵各零部件测定位置的选择
• 第3章 信号处理和分析的方法及特征提取
• 3.1 信号的预处理
• 3.1.1 零均值化
• 3.1.2 小波降噪
• 3.2 信号的时域分析
• 3.3 信号的频域分析
• 3.4 小波变换与小波包
• 3.4.1 连续小波变换
• 3.4.2 离散小波变换
• 3.4.3 小波包分析
• 3.4.4 常用基本小波函数
• 3.4.5 小波变换在故障诊断中的应用
• 3.5 信号处理小结
• 第4章 隔膜泵各监测部件的诊断方法
• 4.1 曲轴裂纹的声发射诊断方法
• 4.1.1 声发射机制研究
• 4.1.2 曲轴的有限元分析和裂纹预测
• 4.1.3 曲轴和轴承故障声发射信号的区分
• 4.2 隔膜破裂的诊断方法
• 4.3 泵阀故障的诊断方法
• 4.3.1 刺阀与卡阀故障的诊断方法
• 4.3.2 基于神经网络的泵阀故障诊断
• 4.4 滚动轴承的故障诊断方法
• 4.4.1 滚动轴承的振动信号分类
• 4.4.2 滚动轴承的振动信号分析和诊断方法
• 4.5 齿轮故障的诊断方法
• 4.5.1 齿轮的振动特点
• 4.5.2 齿轮的振动测定
• 4.5.3 灰色系统理论在齿轮故障诊断中的应用
• 4.6 活塞环磨损的诊断方法
• 第5章 隔膜泵在线监测系统及应用
• 5.1 系统设计要点及实现
• 5.1.1 系统的总体组成和功能设计
• 5.1.2 信号采集系统的实现
• 5.2 硬件系统的实现
• 5.2.1 曲轴声发射系统硬件的实现
• 5.2.2 基于振动的诊断系统的硬件组成
• 5.3 软件系统的实现
• 5.3.1 系统软件的选择
• 5.3.2 虚拟仪器技术
• 5.3.3 软件系统的总体结构
• 5.4 系统软件的界面及主要功能介绍
• 5.4.1 监测软件系统的主界面
• 5.4.2 多信号实时监测模块
• 5.4.3 信号分析与处理模块
• 5.4.4 故障分析与报警模块
• 5.4.5 数据库模块
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢