【摘 要】
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拖拉机是各种农机具的主要动力源,在我国发布的“中国制造2025”战略中明确指出应加强设备可靠性技术及其应用的开发。拖拉机的分离轴承作为变速箱的关键部件,其健康状况对农业是否高效、安全生产有着至关重要的影响。掌握分离轴承退化规律和影响其寿命的因素,可以及时地向维护人员提示预警,提前更换有缺陷的轴承,进而降低维护成本、缩短停机时间和提高作业效率,对用户具有指导性意义。且目前在人工智能与工业深度融合的背
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拖拉机是各种农机具的主要动力源,在我国发布的“中国制造2025”战略中明确指出应加强设备可靠性技术及其应用的开发。拖拉机的分离轴承作为变速箱的关键部件,其健康状况对农业是否高效、安全生产有着至关重要的影响。掌握分离轴承退化规律和影响其寿命的因素,可以及时地向维护人员提示预警,提前更换有缺陷的轴承,进而降低维护成本、缩短停机时间和提高作业效率,对用户具有指导性意义。且目前在人工智能与工业深度融合的背景下,对研究和验证基于模型的轴承故障诊断和剩余寿命预测算法具有基础意义。针对上述现状,本文设计了一台自动化程度高、可模拟现实换挡工况的拖拉机分离轴承寿命预测试验台,并对分离轴承进行振动采集试验和寿命预测试验。主要研究内容如下:（1）试验台机械结构设计与分析。结合分离轴承的结构及工作原理,根据试验台功能需求,设计了试验台的主体结构、主轴和加载系统,通过计算确定了气缸的内径为50mm、行程为200mm、平均耗气量为63.23L/min、最大耗气量为150.75L/min。基于Ansys workbench软件对主轴进行了静力学和模态分析,得出最大应力出现在主轴与第一个支撑轴承连接处,最大应力为201.61MPa;主轴强度符合要求。最大变形值为0.15543mm,变形量较小;主轴前六阶振动的最大位移量为61.429mm,临界转速为28045.8r/min。（2）分离轴承数据采集系统的设计及试验。基于Lab VIEW软件开发了一套拖拉机分离轴承数据采集系统。进行了分离轴承的模拟工况试验,通过采集分离轴承的振动信号,对比研究了不同离合频率条件下对分离轴承寿命的影响。两组试验中转速800r/min,间隔9S踩踏一次离合时,分离轴承的寿命较高。这也表明了,较低离合频率时,分离轴承的寿命越高,并且从运行周期振动信号上发现,当分离轴承开始发生退化后振幅会以较快的速度逐渐增加。（3）基于LSTM网络的寿命预测。阐述了LSTM网络应用于寿命预测的适用性和基本原理和分离轴承寿命预测的流程,构建了LSTM网络模型对两种试验数据进行寿命预测对比试验。通过将真实值与预测值对比计算,可得结果:分离轴承1的均方根误差为2.9864、平均绝对误差为1.0251、均方误差为1.9730;分离轴承2的均方根误差为3.3825、平均绝对误差为1.078、均方误差为2.3825。两组轴承均方误差平均值为3.18445、平均绝对误差平均值为1.05155、均方误差平均值为2.17775。结果表明,在隐藏层节点为200,隐藏层层数为6,批处理大小为100,迭代次数为200,Droupout层为0.5,学习率为0.005,优化器为Adms的参数设置下,基于LSTM网络的分离轴承寿命预测模型可以较准确的对分离轴承进行寿命预测并且对未知数据的学习能力也较强。本文设计的分离轴承寿命预测试验台,不仅可以帮助研究者掌握分离轴承在运行期间的退化规律,还可以观察不同离合频率条件下的分离轴承振动变化,为分离轴承的改进和深度学习技术的应用提供了试验基础,具有一定的理论价值与工程意义。
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