[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】旋转机械振动信号的故障诊断系统-中文翻译

旋转机械振动信号的故障诊断系统 Fault diagnosis system of rotating machinery vibration signal 张连鹏 译 摘要 高需求的测量和旋转机械振动信号的诊断，已提交该能够反映旋转机械设备的运行状态息。本文设计了一种新型的故障旋转机械振动信号的诊断系统，它可以测量振动加速度和速度 信号准确，并分析振动信号的振动强度和频分振幅谱。实验结果表明，我们的系统可以诊断典型的机械故障。 1 介绍 旋转机械已广泛应用于化工，航空和电力领域。它生成其中包含的机械设备的工作状态的信息的振动信号。旋转机械的振动也有很多缺点，这会导致不严重的后果及时处理。旋转机械振动信号的故障诊断系统的目的主要是研究动态特性的变化规律，并承认在旋转的过程中运行机械。通过这样的分析，有些故障可以及时做出旋转机械被发现系统操作可靠和有效的。 许多学者提出了许多故障诊断方法振动信号。湘灵提出了联合时频分析方法来振动信号。她把转子故障为研究对象，并研究了常用的方法，以时间 - 频率分析，但振动强度的分析是缺乏。在文献，振动信号是通过高速数据采集卡获得然后将光谱进行分析，但是其采样精度较低，所以频谱炼分析是有限的。因为上述问题，我们提出了旋转的新的故障诊断系统机械振动信号，该合并的现场可编程门阵列（ FPGA）， PCI 扩展仪器（ PXI）和时频域算法与虚拟仪器技术。 该系统可发送实时模式的振动信号，并实现高的措施精度（ 0.05）。高精度可以使振动信号在频域分析更准确。此外，我们结合振动烈度和频谱分析，以反映故障预兆从不同的功能，这样我们就可以诊断故障原因，及时，更准确。 2 系统结构 故障诊断系统包括振动加速度传感器，速度传感器，信号调理模块， PXI 数据采集系统，应用软件和数据库系统。图 1 显示了架构。旋转机械产生振动信号，并将该系统收集这些信号与振动的加速度计和速度传感器安装在旋转机械的。首先， A / D（模拟 /数字）数据采集系统把振动加速度信号和速度信号转换成数字信号。然后，计算机通读 PXI总线接口的数字数据。应用软件会使振动信号的时域和频域分析并提取故障特征振动信号的信息。因为旋转机械故障振动的特征频率涉及转子的基本频率，就可以得到通过该故障原因频分 6-8的幅度谱的特征值。与诊断结果，操作者能解决的隐患，并保证设备的正常运行。 图 1 系统结构 3 振动信号分析方法 3.1 振动强度 在国内外振动强度是一般特征值描述的机械振动水平，它可以计算振动能量。通过比较严重程度的计算结果和严重性参考标准，就可以得到设备的运行状态。振动强度是通过完成 RMS（根均方）振动速度的计算。 3.2 分频幅度谱 分频振幅频谱是振动加速度信号的傅立叶变换。什么时候故障发生，加速度的相关特征频率振幅值会发生变化。 离散傅立叶有限序列 X（）变换（ DFT）的定义如下： 在 DFT 需要很多乘法和加法。在系统中，我们使用了分基的 FFT。它分割的输出项目分成两组，根据所述奇偶校验，并使用基 2 FFT 为偶数序列，基 4 FFT 他人。这样，计算的复杂性大大降低，并减少了计算时间 在计算分频的频谱幅度，单面频谱通过，因为是在下述式中所示： 通过分频的谱幅度，相应的加速度幅值各分频可以找到。 4 故障诊断系统的实现 旋转机械振动信号的故障诊断系统包括三个子系统，传感器系统，测量系统和软件系统。该传感器系统，整个系统的关键，影响旋转机械的振动信号的采集，数据分析和处理结果。加速度计和速度传感器被用于在系统中。该传感器可变换机械能信号转换成电能的信号。加速度计的灵敏度是 1.0pC / MS-2，该速度传感器的灵敏度为 5.7mV /毫米 /秒。该测量系统是基于 PXI 总线设计接口。 PXI1215 是测量系统的重要组件，它是一个并行数据采集模块。 PXI1215 最高的实时采样率是 100 千赫， A / D 分辨率为 16 位。该模块由模拟电路部和数字电路单元。旋转机械测试的软件系统平台由虚拟仪器软件架构（ VISA），设备驱动程序和应用程序组成程序。应用程序完成振动加速度和速度的数据进行分析和处理。 5 实验结果及分析 我们使用仿真来评估系统。我们使用了轴流泵用 900 立方米 / h 的流量， 2.5 米电梯和960R/ min 的转速，这是典型的旋转机械。我们收集了正常的数据和故障数据，分别为： 表 1.振动各种状态的严重程度 从表 1，可以看出，振动强度的值被增加作为振动升级。振动强度和振动的趋势是一致的。而在 2.55 毫米的振动烈度值 / S 6.12 毫米 / s 的暗示，这是危险的操作设备，应立刻停止运行，并修复它。 图 2 振动加速度的分频的振幅谱（ A）正常运行（ B）转子不平衡 当转子不平衡的故障发生，不平衡振动频率是根本频率 16HZ。因此，在特征故障频率的振幅值的加剧来 0.60 米 /秒 2。从该图 2，我们可以得出这样的结论振动的基频点的能量是最强出现在转子的不平衡故障。振动故障的特征频率引起的由不平衡是相同的基频和这个结论符合特性转子不平衡振动。 6 结论 在本文中，旋转机械振动信号的新的故障诊断系统，从而可以提高检测振动的信号的精度，提出了。我们采用了先进的 PXI 测试平台，采用 16 位分辨率的 A/ D 器件和FPGA 技术的设计。为进一步实现所述的条件还提供时间 - 频率域的细节分析。该系统可以监测振动加速度和速度信号，进行准确判断机械故障。与比较存在的故障诊断系统，在本文中提到的可以达到更高的精度的系统，并提高准确的诊断能力，并大幅增加互动。实验结果表明该系统已达到设计要求。 致谢 这项研究是支持美国国家科学基金会雅戈尔成都理工大学（第 2011XJZ10 和第2010XJZ26） 参考文献 1 CHENG Jian-sheng, SUN Ye-mei, YANG Shuai, ZHOU De-lian. Rotray machine fault diagnosis based on spectrum analysis approach. Coal Mine Machinery 2011;23:253-254. 2 XIANG Ling, TANG Gui-ji, HU Ai-jun. Vibration signals time-frequency analysis and comparison for a rotating machinery. Journal of Vibration and shock 2010;163:42-45. 3 DU Yong-ying,Ma Ye-peng, LV Chun-mei.Design of fault diagnosis system based on LabVIEW. Coal Mine Machinery 2011;32:258-259. 4 SUN Qun, MENG Xiao-feng, LIANG Fan. Automatic test system for flight control system based on PXI bus. Computer Engineering 2008;34:239-241. 5 Lei You, Fuchun Sun, Pan He, Hongkun Xu, Fang Fang. Study and design of monitoring system of reactor coolant pump in nunclear power plant. 18th International conference on nuclear engineering 2010;1: 651-657. 6 Khoa N.Le. Time-frequency distributions for crack detection in rotors-A fundamental note. Journal of Sound and Vibration 2006;294:397-409. 7 I.Antoniadis,G. Glossiotis. Cyclostatinary Analysis of rolling-element bearing vibration signals. Journal of Sound and Vibration 2001;248:829-845. 8 Seve F, Andrianoely M A. Berlioz A. Balancing of machinery with a flexible variable-speed rotor. Journal of Sound and Vibration 2003;264:287-302. 9 Saad Bouguezel M, Omair Ahmad M and Swamy NS. Improved r