齒輪傳動磨損狀態(tài)靜電綜合監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、齒輪傳動系統(tǒng)作為機械設(shè)備的關(guān)鍵部件，其性能退化或失效會影響整機性能甚至導(dǎo)致設(shè)備非計劃停機，造成經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。由于工業(yè)生產(chǎn)的需要，齒輪傳動系統(tǒng)作為機械設(shè)備中重要的傳遞動力部分常常需要在高速重載的條件下連續(xù)工作，因此其故障率一直居高不下，由于摩擦磨損而產(chǎn)生的故障和失效是引起系統(tǒng)嚴重事故的主要誘因之一?，F(xiàn)有振動、溫度等常規(guī)監(jiān)測技術(shù)能夠監(jiān)測到表面裂紋、剝落和齒輪折斷等較嚴重故障，但發(fā)現(xiàn)故障征兆到最后失效間隔時間短，難以有充分的時間制定維

2、修策略，且惡劣的工況環(huán)境會大大降低這些手段的故障檢測能力。本文針對以上問題，從系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測角度出發(fā)，以新型靜電監(jiān)測技術(shù)為核心，開展了有關(guān)靜電傳感器建模、仿真、標定、信號特征提取、多參數(shù)融合等方面的研究，并結(jié)合齒輪傳動系統(tǒng)特點，設(shè)計和搭建了配套的軟硬件設(shè)備，進而開展實際的工程實驗研究。研究成果對于提高機械設(shè)備關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測能力具有重要參考價值和指導(dǎo)意義。
　　論文主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）系統(tǒng)總結(jié)和歸納了機械設(shè)備摩擦磨

3、損時的靜電產(chǎn)生機理，摩擦荷電、摩擦發(fā)射、摩擦起電、表面荷電和磨粒荷電是靜電信息的五種主要來源。詳細介紹了靜電監(jiān)測時所依據(jù)的靜電感應(yīng)原理以及依據(jù)該原理設(shè)計的兩類最基本的靜電傳感器，磨損區(qū)域靜電傳感器和潤滑油路靜電傳感器。并對靜電監(jiān)測技術(shù)目前主要的研究方向、應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢特點進行了細致的梳理和分析。
　?。?）由于靜電感應(yīng)原理特殊，難以有效的描述和衡量靜電傳感器特性。通過采用理論建模方法，分別建立潤滑油路靜電傳感器和磨損區(qū)域靜電傳感器

4、的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)所建模型和傳感器特點提煉出相應(yīng)的性能參數(shù)指標。在此基礎(chǔ)上進行仿真，得出相應(yīng)的參數(shù)變化規(guī)律和影響因素，為靜電傳感器性能的準確描述和實驗驗證提供了基礎(chǔ)。
　?。?）針對實物靜電傳感器缺少必要的標定平臺和有效的驗證方法，設(shè)計并加工了可用于靜電傳感器標定的實驗平臺。以所提性能參數(shù)為基礎(chǔ)，分別針對兩類靜電傳感器進行了一系列的標定實驗。各項參數(shù)指標的實驗結(jié)果與理論仿真分析結(jié)果相一致，證明了所建模型和仿真結(jié)果的正確性。初步完成了

5、對已完成加工制造的實物靜電傳感器的標定工作，并為靜電傳感器的進一步設(shè)計與優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。
　　（4）為解決靜電多傳感器綜合監(jiān)測的問題，提高系統(tǒng)監(jiān)測的精度和可靠性，在采用時域方法和復(fù)雜度度量方法進行靜電信號多特征參數(shù)提取的基礎(chǔ)上，提出適用于靜電多傳感器信息融合的移動窗局部離群因子多工況時變算法。分別通過改進的滾動軸承靜電綜合監(jiān)測平臺和銷盤磨損靜電綜合監(jiān)測平臺進行實驗，對比驗證了所提方法在靜電綜合監(jiān)測中的適用性和有效性。（5

6、）為實現(xiàn)工程實際中機械設(shè)備摩擦磨損的靜電綜合監(jiān)測，以齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象，靜電監(jiān)測技術(shù)為核心，圍繞硬件設(shè)備的架構(gòu)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計和搭建了一套完整的面向齒輪傳動磨損的靜電綜合監(jiān)測系統(tǒng)，并對系統(tǒng)中涉及的具體硬件設(shè)備組成和軟件功能模塊進行了詳細的介紹和分析。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了齒輪傳動系統(tǒng)、靜電監(jiān)測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析處理三者間的有效融合，為齒輪傳動系統(tǒng)的靜電綜合監(jiān)測提供必要的支持。
　?。?）以前述一系列研究為基礎(chǔ)，開展齒輪傳動健康狀態(tài)