造纸机轴承状态监测与故障诊断虚拟仪器系统的研究与开发

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随着现代化大生产的发展和科学技术的进步,机械设备不断地朝着大型化、高速化、自动化、复杂化方向发展,设备的状态与监测也显得尤为重要。由于设备的振动是难免的,设备的振动信号又包含大量的故障信息,所以本论文以LabVIEW语言为平台,设计开发了造纸机轴承状态监测与故障诊断系统。该系统主要包括硬件的安装、调试和软件的开发两大部分。 该系统包括数据采集与存储模块、状态监测与实时显示模块、信号时域分析模块、信号频域分析模块和特征频率计算模块。 系统的信号测试、采集与存储模块是在加速度传感器和PCL-818L数据采集卡硬件的支持下,通过应用LabVIEW编程实现的。本模块采集设备的振动信号,并将信号以文件的形式存储,为后续的信号分析提供数据基础。 状态监测与实时显示模块用来判断设备的“健康”状况。该模块对数据采集与存储模块所采集的实时振动信号波形的幅值进行越限监测,据此判断设备振动是否过大,设备是否存在故障。 由于数据采集与存储模块所采集到的数据包含许多“杂质”,一些能反映设备故障特征的有用信号往往被这些“杂质”所淹没。本系统设计了时域分析模块,对原始信号进行“除杂”,把干扰信号滤掉,保留有用成分,以突显设备故障信号的特征。系统提供了六种滤波器和四种滤波方式,可以根据滤波器的特点和数据的处理要求有选择地使用。 为进一步搞清楚设备的故障部位、故障严重程度,本系统设计了频域分析模块,对数据从频域进行特征提取。该模块提供了基于离散傅立叶变换(DFT)的功率谱分析、共振解调分析(IFD)以及基于小波变换(WT)的小波分析。小波分析的实现是通过在LabVIEW平台下调用MATLAB程序来实现的。这种方法充分结合了两种语言的优点,互相补充。 本系统还设计了特征频率计算模块,为设备状态的识别提供依据。为验证系统是否能达到设备诊断的要求,使用了仿真信号分别对时域分析模块、频域分析模块的功能进行了验证,结果表明,该系统可以从时域和频域两方面对信号进行分析,准确提取仿真信号的特征,初步表明该系统具有一定的故障诊断能力。 为了进一步验证系统的实用性,运用本系统对模拟转子轴承进行状态监测与故障诊断。通过运用本系统对模拟转子有故障轴承进行了实际运行状态的监测与故障诊断,结果显示该系统可以检测出轴承的故障部位进一步说明了运用该系统进行滚动轴承状态监测与故障诊断的可行性,验证了系统的性能,实现了对旋转轴承状态监测与故障诊断的目的。
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