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1、工學(xué)碩士學(xué)位論文不平衡激勵(lì)下的轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷方法研究STUDYONFAULTSDIAGNOSISMETHODOFARUB-IMPACTROTORWITHUNBALANCEDEXCITATION李洋哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年7月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TH17.2學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文不平衡激勵(lì)下的轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷方法研究(應(yīng)用型)碩士研究生：李洋導(dǎo)師：宋寶玉教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2015年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedInd
2、ex:TH17.2U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONFAULTSDIAGNOSISMETHODOFARUB-IMPACTROTORWITHUNBALANCEDEXCITATION(ApplicationType)Candidate：LiYangSupervisor：Prof.SongBaoyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalDesignandTheoryA
3、ffiliation:SchoolofMechatronicsEng.DateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology：摘要摘要轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，發(fā)揮著十分重要的作用。隨著對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)速度和效率的要求越來(lái)越高，轉(zhuǎn)、定子之間的間隙也開(kāi)始變得越來(lái)越小，使得碰摩故障發(fā)生的頻率不斷增大。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩故障輕則影響設(shè)備壽命，重則導(dǎo)致重大的安全生產(chǎn)事故。質(zhì)量不平衡是導(dǎo)致碰摩故障發(fā)生
4、的較為常見(jiàn)的因素，因此本文針對(duì)不平衡激勵(lì)下的轉(zhuǎn)子碰摩故障，研究了其故障振動(dòng)信號(hào)的降噪預(yù)處理方法和故障特征提取方法；搭建了轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并在不同工況條件下進(jìn)行故障診斷實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文研究的轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷方法的有效性。針對(duì)轉(zhuǎn)子碰摩故障信號(hào)受環(huán)境中噪聲影響，具有一定不均勻性和隨機(jī)性，且信噪比低的特點(diǎn)，提出了基于奇異值分解和小波變換的復(fù)合降噪方法。該方法首先針對(duì)SVD算法降噪階次的選擇影響其處理精度的問(wèn)題，對(duì)奇異矩陣的對(duì)角元素做了濾值處理。其次，結(jié)合小波閾值降噪算法和模極大值降噪算法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)小波降噪算法進(jìn)行改進(jìn)。最后將奇異值分解
5、和小波降噪相結(jié)合用于轉(zhuǎn)子碰摩故障振動(dòng)信號(hào)的降噪預(yù)處理，抑制了噪聲干擾，提高了信號(hào)的信噪比。針對(duì)轉(zhuǎn)子碰摩故障信號(hào)非平穩(wěn)、非線性的特點(diǎn)，將一種新的局域波分解算法——固有時(shí)間尺度分解（ITD）方法應(yīng)用到轉(zhuǎn)子碰摩故障特征提取中。針對(duì)ITD存在偽分量和端點(diǎn)效應(yīng)的問(wèn)題，本文采用相關(guān)系數(shù)法去除偽分量，并提出了基于特征點(diǎn)匹配延拓的端點(diǎn)效應(yīng)抑制方法，對(duì)ITD算法進(jìn)行改進(jìn)。將該方法應(yīng)用到轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷，可以準(zhǔn)確提取到轉(zhuǎn)子碰摩故障特征。通過(guò)與EMD算法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了改進(jìn)的ITD方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單，無(wú)需計(jì)算高階矩陣，運(yùn)算效率高的這一突出特點(diǎn)。本文建立了單跨
6、度單盤(pán)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)局部碰摩故障動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行仿真分析，給出了由于不平衡激勵(lì)而產(chǎn)生的不同轉(zhuǎn)速條件下轉(zhuǎn)子碰摩故障振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖和Poincaré截面圖，總結(jié)了碰摩故障特征。此外，搭建了轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并在不同工況條件下進(jìn)行故障診斷實(shí)驗(yàn)，采用本文研究的故障診斷方法準(zhǔn)確提取到了故障特征。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本文所提出的基于SVD和小波變換的復(fù)合降噪方法和改進(jìn)的ITD故障特征提取方法的有效性。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；碰摩；固有時(shí)間尺度分解；端點(diǎn)效應(yīng)；故障診斷IAbstractAbstractA
7、sthecorecomponentofmanyrotatingmachinerysuchasturbogenerator,aircraftengine,turbine,windpowergenerator,centrifugalcompressorandsoon,therotorsystemplaysaveryimportantrole.Withtheincreasinglyhigherdemandofhighspeedandhighefficiencyoftherotorsystem,thegapbetweentherotorand
8、thestatorisbecomingsmallerandsmaller,andthefrequencyofrub-impactfaultisincreasingconsistently.Therub-impactfau
