【《某轴承监测系统的总体方案分析与设计案例》2400字】

I某轴承监测系统的总体方案分析与设计案例1.1轴承监测方法研究1.1.1数字滤波技术在我们研究机械振动的频率时,数字滤波技术一直是信号分析的研究中最常用,也是最简单的振动信号处理方法。数字滤波按照高频带宽低通来进行划分主要分为包括低通、高频中通、带宽低通和高级频率抑制电阻四种滤波形式,它们都实现能够直接促使特定频率范围内的一个特定频率电阻组件和成分子的通过,并且很好地实现可以通过衰减或直接过滤其他非特定的一个频率电阻组件和成分,达到了尽量减少和增强抑制干扰信号,提取有用量的频率电阻信号的主要目的[13]。在研究轴承振动测试方法时,可以用数字滤波技术对实验数据进行处理,将传感器得到的数据记录并绘制成图表,之后用数字滤波器将不用的信号数据进行筛选删除,把有用的信号数据保留下来再加以分析。数字滤波器被广泛地应用于各种信号的分析和实验中,它们具有运行稳定性好,能够进行预测和编程,而且还可以通过软件进行编程。虽然数字滤波器主要是被广泛的使用在较恶劣的工作环境中,但其设计使用起来并不会因为受到温度和相对湿度变化所产生的影响而导致设计错误,并且它们没有符合国际标准的精度元件,在信号分析技术领域始终具有非常高的性价比。数字信号滤波器在脉冲中的主要应用不仅仅是可以用来控制数字滤波器的脉冲运行起始顺序和控制脉冲起始位置的完整个数,而且还能够对截止频率及电容阻带的衰减均具有一定的调节作用。正是由于这些特点,数字滤波技术被广泛应用于消除干扰噪声和进行系统或装置的频率分析,也可以很方便地对轴承振动信号进行测试和研究[14]。1.1.2轴承振动信号小波变换轴承发生故障时,振动频率是无规律的改变的,因此经过采集的信号是随机信号,原始信号数据通常为时间历程函数,是无法直观观察到振动信号的特点的。因此我们可以用软件和编程方法对采集到的小波信号和数据进行处理,得到一个小波变换的波形图,对于有故障的频段,会非常直观地反映在小波变换波形图中,能够很快速的找到故障源。这对于轴承故障诊断以及振动信号测试方法的研究非常重要。通过小波变换的波形图,可以很直观地判断和观察出一个信号的类型,并且我们可初步判断它具有是否存在一个复杂的频段,得知一个信号在某种时间内的幅值变化和变动规律,以及它是否会存在明显的电磁冲击和调制组成分,来进一步确定故障存在的频段。为了准确地识别出故障中可能存在的时间和频段,在小波变换的统计中一般都需要寻找到各种信号的特点和参数,其中包括峰值、峰值、方差、平均值、正比值、平均值、正比值、平均值、正比值和平均值。这对小波变换分析以及研究振动信号的特征和振动故障诊断有着至关重要的意义。1.1.3轴承振动信号傅里叶变换在对轴承振动信号进行测试分析时,可根据不同的情况将信号数据编制成傅里叶变换谱图,傅里叶幅值图等。由于振动频谱不同,采用不同的分析方法对傅里叶进行分析后,就可以获得不同的数据类型,进而为轴承故障查找原因。轴承在正常工作的情况下,各个零部分的结构都是稳态的工况下,振动一般都会比较小,频率也非常低。当一个滚动轴承或者也就是一个齿轮轴承出现严重故障时,轴承的机械振动产生可能性就会随之不断加剧,振动的产生信号形式可能会瞬间随之发生重大改变,振动频率也随着升高。所以我们就需要一种合适的加速度传感器方法来检测到与轴承不同的位置相关点上的振动信号,从而可以检测得出其中的振动频率[15],再通过FFT分析方法来进行对振动频率信号的特征数据值提取,绘制成幅值谱、功率谱等。因此轴承振动信号频谱分析对机械轴承振动测试方法的研究十分重要。1.1.4其他分析方法除了上述两种分析方法以外,对于轴承振动信号的测试分析,还可以用细化谱分析、解调分析以及传递相干分析来研究。所谓细化谱分析,即对振动信号频谱中的某一段特定频率进行处理,通过局部放大的手段对信号进行分析。对于轴承振动的信号进行了测试和分析,先通过信号采集装置从设备中获取原始的信号数据,移频后再对其进行低通滤波处理,之后再对其进行重新采集,对于所得到的新信号序列操作FFT后,即可以直接得到精确的信号细化光谱。细化光谱分析法这是一种极其精细的分析方法,能够极大地提高频段分析的精确性和频率分析的准确性,用来分析轴承振动故障中轴承类问题特别有效[15]。在轴承发生振动故障时,振动信号的频谱中通常都会有一个调制的现象,采用高通噪声和绝对值进行分析,经过高通噪声滤波处理后,对噪声和滤波后的信号采用相应的噪声和绝对值,再次进行低通噪声滤波,之后再次重新进行抽样、做谱,即可找到故障源,是一种非常有用的信号处理与分析方法,多用于轴承振动诊断。传递式相干分析法的目标主要在于为了研究该系统的固有性质,其参数包括固有频率、阻尼比等。在轴承振动故障诊断中,轴承齿轮、传动轴、滚动轴承和箱体都可以用传递相干分析来测量其固有频率和阻尼比,用于诊断齿轮磨损、滚动轴承故障、传动轴以及箱体的振动问题[16]。1.2轴承监测系统方案设计本设计主要是开发一套完整的轴承监测系统,用于轴承的振动信号测试与故障诊断。从理论上讲,设计一套完整的轴承监测系统需要硬件和软件的结合,主要包括硬件系统的选型设计和软件系统开发,而重点在于软件系统的开发设计。轴承监测系统总体设计流程见图1.5[17]。1.1.1硬件系统的搭建硬件系统的搭建主要是为了采集振动信号,为软件系统的数据采集提供工具。硬件控制系统主要由加速度传感器、机箱和数据采集控制卡部分组成。经过综合考虑,选择以下硬件来搭建硬件系统:(1)PCB-352C33通用型单轴加速度传感器;(2)NIcDAQ-9184CompactDAQ机箱;(3)NI-9234数据采集卡。1.1.2软件系统的搭建软件系统是整个监测系统的重要部分,设计软件系统,以实现与硬件系统间的数据通讯和数据采集,并对采集的信号进行分析以及存储。本软件系统主要是以基于虚拟仪器的软件LabVIEW为主要的开发平台,通过LabVIEW编程,将振动