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

1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部件，其性能退化或失效會(huì)影響整機(jī)性能甚至導(dǎo)致設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。由于工業(yè)生產(chǎn)的需要，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械設(shè)備中重要的傳遞動(dòng)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(yán)重事故的主要誘因之一。現(xiàn)有振動(dòng)、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(yán)重故障，但發(fā)現(xiàn)故障征兆到最后失效間隔時(shí)間短，難以有充分的時(shí)間制定維

2、修策略，且惡劣的工況環(huán)境會(huì)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(biāo)定、信號(hào)特征提取、多參數(shù)融合等方面的研究，并結(jié)合齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和搭建了配套的軟硬件設(shè)備，進(jìn)而開展實(shí)際的工程實(shí)驗(yàn)研究。研究成果對于提高機(jī)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(jià)值和指導(dǎo)意義。
　　論文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）系統(tǒng)總結(jié)和歸納了機(jī)械設(shè)備摩擦磨

3、損時(shí)的靜電產(chǎn)生機(jī)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(xì)介紹了靜電監(jiān)測時(shí)所依據(jù)的靜電感應(yīng)原理以及依據(jù)該原理設(shè)計(jì)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(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的梳理和分析。
　　（2）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(diǎn)提煉出相應(yīng)的性能參數(shù)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhǔn)確描述和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了基礎(chǔ)。
　　（3）針對實(shí)物靜電傳感器缺少必要的標(biāo)定平臺(tái)和有效的驗(yàn)證方法，設(shè)計(jì)并加工了可用于靜電傳感器標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。以所提性能參數(shù)為基礎(chǔ)，分別針對兩類靜電傳感器進(jìn)行了一系列的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)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(shí)物靜電傳感器的標(biāo)定工作，并為靜電傳感器的進(jìn)一步設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。
　?。?）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(shí)域方法和復(fù)雜度度量方法進(jìn)行靜電信號(hào)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(dòng)窗局部離群因子多工況時(shí)變算法。分別通過改進(jìn)的滾動(dòng)軸承靜電綜合監(jiān)測平臺(tái)和銷盤磨損靜電綜合監(jiān)測平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對比驗(yàn)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(shí)現(xiàn)工程實(shí)際中機(jī)械設(shè)備摩擦磨損的靜電綜合監(jiān)測，以齒輪傳動(dòng)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(jì)和搭建了一套完整的面向齒輪傳動(dòng)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(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了齒輪傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)健康狀態(tài)