机械装备的发展水平不仅关系到国家的实力、国际地位与核心竞争力,更与我们每个人的日常生活息息相关。大型机械装备为人们生产生活带来便利的同时,也埋下了深层次的安全隐患。如果安全隐患不能及时发现和排除,不仅可能造成巨大的经济损失,甚至会导致灾难性的人员伤亡、环境破坏和恶劣的社会影响。针对机械装备进行安全监测与故障诊断研究,对于提升机械装备整体技术水平、推动制造业技术进步、保障安全生产具有重要意义。本文研究内容主要包括以下几部分。(1)以大型机械施工工艺为主线,对机械装备作业安全因素和监测内容进行了分析,结合对监测系统架构、系统设计原则和优化设计目标的讨论,得出了施工机械安全监测系统测点优化准则中最核心的测点有效性评估策略,即根据不同监测点数据表现工况模式的能力来衡量各监测点的敏感度或有效性。(2)利用粗糙集理论处理不完备数据集合的能力以及处理分类问题不依赖先验知识的特点,提出一种基于粗糙集理论的架桥机监测点有效性评估方法。依据大型机械施工工序建立了监测数据分析模型,引入变精度粗糙集理论中属性依赖度的概念,完成了应力监测数据有效性的评估。该方法不局限于传统动力学模型的分析,立足于对施工机械多处监测点各种施工状态下采集信号的综合处理,为如何使用监测数据对大型复杂机械施工状态进行深度感知提供了新的思路。(3)从监测设备提取故障信号的角度,对设备自身产生干扰的机理进行了分析,说明了 dither技术解决上述问题的原理。以轴承故障监测应用为例,解释了监测设备无法提取微弱故障信号以及无法适应强干扰环境的原因,分析了 dither技术解决监测设备固有局限性的机理。通过仿真数据的验证,说明了应用dither技术可以同步提升监测设备的灵敏度和量程范围,大幅度提高监测设备提取故障信号的能力。(4)提出了一种基于匹配追踪预处理的轴承故障共振解调诊断方法。传统共振解调方法不仅对解调前的滤波处理存在较高的经验依赖,并且异频共振信号在解调过程中会产生互调,这两个问题都会影响故障判决。本文算法在解调前采用匹配追踪的方法剔除非冲击信号,较好的解决了带通滤波依赖于工程经验的问题;通过对异频共振信号分别进行解调然后合并,避免了互调产物对故障频率的干扰。通过在轮对跑合实验台上进行验证,结果表明本文算法可以更有效提取轮对轴承损伤故障。