起重机低速重载轴承状态监测研究

论文摘要

对于起重机而言，轴承是工作频率最高，也是最容易磨损和发生故障的部件。但由于轴承有着离散性寿命的特点，所以很难选择最适合的时间更换轴承。如果更换过早，会造成浪费，但如果更换不及时，则可能引发事故，并造成严重的后果和巨大的损失。本文对轴承常见的失效形式和故障监测方法做出一定的研究和讨论。根据桥式起重机的实际工作环境及要求，设计了一款轴承监测装置。该装置应用了温度法和振动法对轴承状态监测，其中对温度信号使用微分加权的方法，放大温度变化趋势，预判温度走向；对于振动信号，首先在时域对其振幅做了峰值提取，并对振幅包络线做了平滑处理和特征提取，然后通过快速傅里叶变换获得振动信号各频率分量的幅值，提取其频域特征。文中对系统的组成和工作流程做了详细的规划，将系统分成核心处理器、信号处理器、参数输入模块、信号采集模块、数据存储模块、显示模块，并根据系统功能选取了每个模块所应用的器件，为每个模块设计了功能电路，在硬件的基础上以软件编程的方式完善每个模块的功能，并为单片机之间的并口通信设计了一种通信协议。在制造出监测装置样机后，对其功能分别进行模拟测试和实际测试，测试结果表明该装置具有很好的监测效果。本文开发出了一套起重机低速重载轴承状况监测装置，该装置操作简便，易于安装，低功耗，具有很高的性价比。该装置可在无操作人员的状态下，持续在线监测轴承状态，并通过显示屏显示轴承当前状态。通过信号分析的方式，能做到提前报警，通知管理人员及时更换轴承，减少损失，避免事故的发生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 轴承监测领域的发展状况
• 1.3 课题来源
• 1.4 课题内容和文章结构
• 本章小结
• 第二章 起重机轴承状态监测装置的整体方案设计
• 2.1 轴承的基本结构及常见故障
• 2.2 轴承故障的监测方法
• 2.3 系统设计方案
• 2.4 系统的组成
• 本章小结
• 第三章 信号分析
• 3.1 振动信号分析
• 3.1.1 振动信号的分析方法
• 3.1.2 加速度传感器采集信号的频谱分析
• 3.1.3 加速度传感器采集信号的幅值分析
• 3.2 温度信号分析
• 3.2.1 监测温度的重要性及方法
• 3.2.2 轴承温度信号的分析
• 本章小结
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 系统的结构设计和模块划分
• 4.2 元器件的选择
• 4.2.1 单片机的选型
• 4.2.2 加速度计的选型
• 4.2.3 温度传感器的选型
• 4.2.4 数据存储器的选型
• 4.2.5 电源相关芯片的选型
• 4.2.6 显示屏的选型
• 4.3 单片机工作电路
• 4.4 通信电路
• 4.5 存储电路
• 4.6 传感器电路
• 4.7 电源电路
• 本章小结
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 软件的流程规划和模块划分
• 5.2 输入与显示模块
• 5.3 温度模块
• 5.4 存储模块
• 5.5 振动模块
• 5.5.1 时域分析的实现
• 5.5.2 频域分析的实现
• 5.6 多核通信模块
• 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 各功能模块的独立调试
• 6.1.1 基本功能
• 6.1.2 参数输入与屏幕显示
• 6.1.3 温度采集
• 6.1.4 数据存储与读取
• 6.1.5 振动量采集
• 6.2 系统功能及工作流程调试
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢