一種基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種轉子系統(tǒng)故障診斷方法。特別是涉及一種基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置。
【背景技術】
[0002]振動分析是對轉子系統(tǒng)進行故障診斷最簡單最直接的手段，典型的振動分析方法包括:短時傅里葉變換、小波變換、經(jīng)驗模態(tài)分解等，但它們都有各自的局限性:短時傅里葉變換只適用于處理平穩(wěn)信號，且不能兼顧頻率與時間分辨率的需求；小波變換雖然具有可變的時頻窗口，但是小波基函數(shù)的選擇沒有明確的標準；經(jīng)驗模態(tài)分解是一種自適應的時頻分解方法，在旋轉機械故障診斷中得到了較多的應用，但該方法存在著過包絡、模態(tài)混淆、端點效應以及由Hilbert變換帶來的無法解釋的負頻率等問題。固有時間尺度分解是一種新的非平穩(wěn)信號分析方法，它解決了經(jīng)驗模態(tài)分解的一些固有缺陷，在非平穩(wěn)腦電波信號的分析中取得了不錯的效果。但是由于轉子系統(tǒng)振動信號更為復雜，想要將固有時間尺度分解用于轉子系統(tǒng)振動信號分析仍然需要對其平滑方法和旋轉分量判據(jù)等問題進行優(yōu)化。
[0003]在故障模式識別方面，典型的方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機和相關向量機等。神經(jīng)網(wǎng)絡容易陷入局部最優(yōu)解并且對參數(shù)的設置要求較高，支持向量機不能給出概率性的輸出且模型較復雜。相關向量機是一種較為優(yōu)秀的模式識別方法，它可以給出概率性的輸出同時模型較為稀疏，但是相關向量機是針對二分類問題的提出的，而故障診斷通常是多分類問題。因此，需要應用多分類策略將二分類相關向量機拓展為多分類相關向量機。常用的多分類策略包括:一對一，一對多和有向無環(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)點分布是隨機的，如果上層節(jié)點出現(xiàn)誤分，誤差將傳遞到下層節(jié)點，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)結構，是緩解誤差累積問題提高有向無環(huán)相關向量機模型故障診斷精度的關鍵。
【發(fā)明內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠準確分析非平穩(wěn)振動信號，提取具有代表性的故障特征，降低有向無環(huán)相關向量機誤差累積現(xiàn)象的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:一種用于基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷方法的裝置，包括有試驗臺基座，所述的試驗臺基座上依次并排設置有電動機、第一軸承座、第二軸承座和第三軸承座，所述的電動機的輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一旋轉軸的一端，所述第一旋轉軸的另一端貫穿所第一軸承座后通過設置在第二軸承座內的第二聯(lián)軸器連接第二旋轉軸的一端，所述第二旋轉軸的另一端貫穿第三軸承座，其中，所述第一旋轉軸上在位于第一軸承座遠離第一聯(lián)軸器的那一側固定設置有第一圓盤，所述第二旋轉軸在伸出所述第三軸承座的那一端上固定設置有第二圓盤，所述第二旋轉軸設置有第二圓盤的這一端的周邊設置有用于采集第二旋轉軸工作狀態(tài)的傳感器組，所述傳感器組的信號輸出端連接計算機的信號輸入端。
[0006]所述的傳感器組包括有分別設置在所述第二圓盤周邊的用于采集第二旋轉軸轉速的轉速傳感器、用于采集第二旋轉軸X方向位移的第一位移傳感器和用于采集第二旋轉軸Y方向位移的第二位移傳感器。
[0007]所述的傳感器組的信號輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡連接所述計算機的信號輸入端。
[0008]本實用新型的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，結構簡單，便于實現(xiàn)。能夠有效的采集轉子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號，為基于類別可分性的改進有向無環(huán)相關向量機模型提供了有效數(shù)據(jù)，從而能夠緩解了原模型中的誤差累積問題，可以快速準確的識別轉子系統(tǒng)故障類型，適用于轉子系統(tǒng)在線診斷。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置的結構示意圖；
[0010]圖2a是轉子系統(tǒng)正常狀態(tài)振動信號；
[0011]圖2b是轉子系統(tǒng)輕微不對中故障振動信號；
[0012]圖2c是轉子系統(tǒng)嚴重不對中故障振動信號；
[0013]圖2d是轉子系統(tǒng)碰摩故障振動信號；
[0014]圖2e是軸承滾動體故障狀態(tài)振動信號。
[0015]圖中
[0016]1:試驗臺基座2:電動機
[0017]3:第一聯(lián)軸器4:第一軸承座
[0018]5:第一圓盤6:第一旋轉軸
[0019]7:第二聯(lián)軸器8:第二軸承座
[0020]9:第二旋轉軸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:計算機
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例和附圖對本實用新型的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置做出詳細說明。
[0024]如圖1所示，本實用新型的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，包括有試驗臺基座I，所述的試驗臺基座I上依次并排設置有電動機2、第一軸承座4、第二軸承座8和第三軸承座10，所述的電動機2的輸出軸通過第一聯(lián)軸器3連接第一旋轉軸6的一端，所述第一旋轉軸6的另一端貫穿所第一軸承座4后通過設置在第二軸承座8內的第二聯(lián)軸器7連接第二旋轉軸9的一端，所述第二旋轉軸9的另一端貫穿第三軸承座10，其中，所述第一旋轉軸6上在位于第一軸承座4遠離第一聯(lián)軸器3的那一側固定設置有第一圓盤5，所述第二旋轉軸9在伸出所述第三軸承座10的那一端上固定設置有第二圓盤11，所述第二旋轉軸9設置有第二圓盤11的這一端的周邊設置有用于采集第二旋轉軸9工作狀態(tài)的傳感器組12，所述傳感器組12的信號輸出端連接計算機14的信號輸入端。所述的傳感器組12的信號輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡13連接所述計算機14的信號輸入端。所述的傳感器組12包括有分別設置在所述第二圓盤11周邊的用于采集第二旋轉軸9轉速的轉速傳感器121、用于采集第二旋轉軸9X方向位移的第一位移傳感器122和用于采集第二旋轉軸9Y方向位移的第二位移傳感器123。
[0025]下面給出具體實例:
[0026]本實例是基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置采集轉子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號。實驗臺以PW4000型雙轉子渦輪風扇發(fā)動機的低壓轉子系統(tǒng)為藍本，采用與原機相同的0-2-1支承結構形式和軸承類型，試驗臺尺寸較模型尺寸縮小一倍，使用電機驅動。
[0027]利用振動位移傳感器采集轉子系統(tǒng)正常、輕微不對中、嚴重不對中、碰摩、軸承滾動體故障各20組信號，共獲得100組信號，采樣頻率為20kHz，轉子系統(tǒng)五種狀態(tài)振動信號如圖2a、圖2b、圖2c、圖2d和圖2e所示。其中不對中故障通過調節(jié)軸承座支撐高度實現(xiàn)，碰磨故障通過碰磨裝置實現(xiàn)，軸承故障利用線切割在滾動體上加工深度為0.3mm的切槽實現(xiàn)。
【主權項】
1.一種基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，包括有試驗臺基座(I)，其特征在于，所述的試驗臺基座(I)上依次并排設置有電動機(2)、第一軸承座(4)、第二軸承座(8)和第三軸承座(10)，所述的電動機(2)的輸出軸通過第一聯(lián)軸器(3)連接第一旋轉軸(6)的一端，所述第一旋轉軸(6)的另一端貫穿所第一軸承座(4)后通過設置在第二軸承座(8)內的第二聯(lián)軸器(7)連接第二旋轉軸(9)的一端，所述第二旋轉軸(9)的另一端貫穿第三軸承座(10)，其中，所述第一旋轉軸(6)上在位于第一軸承座(4)遠離第一聯(lián)軸器(3)的那一側固定設置有第一圓盤(5)，所述第二旋轉軸(9)在伸出所述第三軸承座(10)的那一端上固定設置有第二圓盤(11)，所述第二旋轉軸(9)設置有第二圓盤(11)的這一端的周邊設置有用于采集第二旋轉軸(9)工作狀態(tài)的傳感器組(12)，所述傳感器組(12)的信號輸出端連接計算機(14)的信號輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，其特征在于，所述的傳感器組(12)包括有分別設置在所述第二圓盤(11)周邊的用于采集第二旋轉軸(9)轉速的轉速傳感器(121)、用于采集第二旋轉軸(9) X方向位移的第一位移傳感器(122)和用于采集第二旋轉軸(9) Y方向位移的第二位移傳感器(123)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，其特征在于，所述的傳感器組(12)的信號輸出端是通過數(shù)據(jù)采集卡(13)連接所述計算機(14)的信號輸入端。
【專利摘要】一種基于振動分析的轉子系統(tǒng)故障診斷裝置，在試驗臺基座上依次并排設置有電動機、第一軸承座、第二軸承座和第三軸承座，電動機的輸出軸通過第一聯(lián)軸器連接第一旋轉軸的一端，第一旋轉軸的另一端貫穿所第一軸承座后通過設置在第二軸承座內的第二聯(lián)軸器連接第二旋轉軸的一端，第二旋轉軸的另一端貫穿第三軸承座，其中，第一旋轉軸上在位于第一軸承座遠離第一聯(lián)軸器的那一側固定設置有第一圓盤，第二旋轉軸在伸出第三軸承座的那一端上固定設置有第二圓盤，第二旋轉軸設置有第二圓盤的這一端的周邊設置有用于采集第二旋轉軸工作狀態(tài)的傳感器組，傳感器組的信號輸出端連接計算機的信號輸入端。本實用新型能夠有效的采集轉子系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號。
【IPC分類】G01M13-00
【公開號】CN204514582
【申請?zhí)枴緾N201420807456
【發(fā)明人】張俊紅, 劉昱, 林杰威, 馬文明, 魯鑫
【申請人】天津大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年12月17日