电机故障加速度数据统计与分析本科设计说明.docx
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电机故障加速度数据统计与分析本科设计说明
电机故障加速度数据统计与分析
摘要
随着科技的发展,越来越多的领域涉及到电机,例如交通、生产、建筑等。
当然,电机的普及使用也使电机故障日益增多,其故障原因也日渐复杂。
如何快速有效地检测电机所发生的故障也成为了某些领域的研究热点。
电机运转的振动信号包含了很多丰富的信息,这就是我们能获得电机信息的最有效途径。
同时,这些信号也成为了我们评判一台电机好坏的重要依据。
本文主要对基于LABVIEW测控平台所采集到的电机振动信号数据,然后结合MATLAB仿真软件对电机加速度信号进行处理和分析。
利用傅里叶变换,和时频分析等方法进行对电机信号的分析,最终来判断电机的好坏和故障类型。
关键词电机故障;振动信号;MATLAB;傅里叶变换;时频分析
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,moreandmoreareasinvolvedinmotor,suchastransportation,production,constructionetc.Ofcourse,themotoriswidelyusedtoincreasemotorfault,thefaultreasonsarecomplex.Howtoquicklyandeffectivelydetectfaultmotorhasalsobecomeahottopicinsomeareas.
Thevibrationsignalofmotorcontainsalotofrichinformation,themosteffectivewayisthatwecanobtaintheinformationofthemotor.Atthesametime,thesesignalshasbecomeanimportantbasisforustojudgethequalityofamotor.ThispaperfocusesonthemotorvibrationsignalmeasurementandcontrolplatformbasedontheLABVIEWdatacollected,andthencombinedwithMATLABsimulationsoftwareforprocessingandanalyzingthemotoraccelerationsignal.UsingFuLiyetransformandtime-domainanalysismethodstoanalyzetheelectricalsignaltojudgethequalityofthefinalormotorandfaulttype.
KeywordsmotorfaultthevibrationsignalMATLABFuLiyetransformtimedomainanalysis
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1本课题研究的背景和意义1
1.2电机故障常见类型1
1.3电机振动(测试与参数)的相关标准2
1.4电机故障特点与测试常用方法3
1.4.1故障的特点3
1.4.2故障测试常用方法3
1.5故障诊断技术的概况3
1.6设备故障诊断技术的局限性4
1.7本文的主要工作4
第2章电机故障加速度数据的采集5
2.1实验原理5
2.2数据采集卡简介5
2.2.1数据采集卡名片5
2.2.2数据采集卡的分类6
2.2.3数据采集卡功能6
2.3LABVIEW软件简介6
2.4电机加速度信号数据采集过程6
2.5本章小结8
第3章时频分析的基本理论1
3.1基本概念1
3.2时频分析的发展史1
3.3测不准原理2
3.4时频分析的性能评价2
3.5本章小结3
第4章时频分析常用方法4
4.1短时傅里叶变换4
4.1.1短时傅里叶变换的定义4
4.1.2短时傅里叶变换的特性4
4.2Wigner-Ville分布5
4.2.1Wigner-Ville分布的定义5
4.2.2Wigner-Ville分布的性质5
4.3小波变换6
4.4本章小结7
第5章关于MATLAB软件的简介7
5.1MATLAB简介7
5.1.1MATLAB软件描述7
5.1.2MATLAB的主要功能7
5.2MATLAB时频分析工具箱8
5.3实验基本步骤8
5.4本章小结8
第6章信号数据统计分析8
6.1单个电机信号的分析8
6.1.1单个信号傅里叶变换9
6.1.2单个信号的时频分析10
6.2频域分析11
6.3对数据平均值、标准差、峰度、偏度的处理分析15
6.3.1平均值、标准差、峰度和偏度15
6.3.2在MATLAB软件上进行平均值、标准差、峰度和偏度的分析15
6.4本章小结18
结论与不足20
参考文献21
致22
附录1单个信号读取程序并进行傅里叶变换和时频分析23
附录2程序设置24
第1章绪论
1.1本课题研究的背景和意义
电机,作为现代化生产必不可少的一个重要部分。
我们的生活更是与之息息相关。
家庭中的大部分电器部都含有电机。
而现代化生产或者流水线作业更是离不开电机,电机一停止运转,意味着整条流水线几乎处于瘫痪状态,所以,电机是否发生故障直接影响着生产效率,当电机发生故障时,损坏的不仅是电机本身,还会危及人生安全,给社会造成极大的损失,因此,今年来,国家和社会都加大了关于电机故障这方面的研究,以求更快更有效地消除电机故障对社会生产的影响。
从二十世纪六七十年代至今,电机故障诊断技术有了突飞猛进的进展,随着计算机技术的进步,这电机的研究达到了智能化的阶段,特别是对电机采集信号并对其信号进行多层次的分析处理已经成为了趋势。
但是由于我国的电机故障诊断技术起步较晚,而且很多大型的工厂等都没有专门对电机故障研究的部门,大部分都仅仅是从科研部门或者高等学院开始,再将所研究得出的技术面向社会推广,这已经是将维修电机故障的时间大大延长了。
因此,我觉得我国的有实力的大型生产企业有必要加深对电机故障的研究。
随着科技的进步,现代化工业逐渐向自动化和高速化发展,为了降低生产成本,提高生产率,电机的转速越来越高了,电机也越来越复杂了。
当然,随之而来的就是电机的磨损率,故障率也大提高了,这就大阻碍了生产率的发展。
但是如果某些比较先进的设备的电机发生故障,造成经济损失这方面事小,若是稍微不慎,就会给自身或者群众带来生命威胁。
例如美国“航天者”号飞机失事,前联切尔诺贝利核电站爆炸等。
但是无可厚非的是,电机不可能没有故障,无论科技多么先进或者用料多么上乘,也总会有一定的几率发生故障。
那么我们应该怎么做呢?
我们必须要对设备的状态无时无刻地监控,对设备所发生的异常及时地通过有效地手段进行收集,并对已经成形的故障进行诊断和分析,并通过信号的分析,有效地推断出其故障的部位及其原因,快速地采取有效的措施。
所以,对电机故障的研究具有重要的意义。
1.2电机故障常见类型
电机故障类型通常为以下几种:
(1)碰磨故障
碰磨故障是电机常见的故障之一,这是由于电机运行中,电机组转动部件和静止部件发生碰磨。
而动静碰磨可分为径向碰磨和轴向碰磨。
电机碰磨故障发生前具有多种征兆,在发生碰磨故障时,其信号特征会发生较大变化,例如振动信号的时域波形会发生异变,振动幅值将逐渐减小等。
电机发生碰磨故障的原因如下:
(1)动静部件的间隙过小;
(2)电机转轴振动过大。
(2)轴承故障
轴承故障是由于某些原因造成电机轴承损坏而发生的故障。
据了解,电机大多都是“端盖滑动轴承式”机构和“端盖滚动轴承式”结构。
所以超出预先固定值负载,非有效的密封,过度的配合而导致过小轴承间隙等都是造成轴承故障的原因。
(3)动不平衡故障
电机动不平衡故障主要是由于力偶不平衡和静不平衡所引起的,也就是说质量中心线与轴几何中心线轴线既不平行也不相交的不平衡状态。
当电机旋转时,转子产生一定的离心力,使电机整体产生振动,当振动过大时,就会引起电机的动不平衡问题。
电机动不平衡故障的振动特征就是过大,也可以归结于转子的质量偏心。
部件的脱落都会引起电机的动不平衡故障。
动不平衡往往会导致电机组运行不稳定,从而导致机器容易损坏,我们应该努力避免这个问题。
(4)电机共振问题
共振的原因就是当自振频率和强迫振动频率一致时所引发出的一系列问题,共振很容易造成机器过早地损坏。
那么我们该如何解决这个共振问题呢?
有以下措施:
1)改变刚性;2)增加或减掉重量;3)采取隔振措施;4)安装调谐阻尼器;5)要将动平衡调精确。
1.3电机振动(测试与参数)的相关标准
电机振动标准表
振动强度
适用机器类别
振动速度Vnms
(mm/s)
I
II
III
IV
0.28
A
A
A
A
0.45
0.71
B
1.12
1.8
B
2.8
C
B
4.5
C
B
7.1
D
C
11.2
D
C
18
D
28
D
45
注:
(1)Ⅰ类为小型电机(小于15kW的电动机等);Ⅱ类为中型机器(15kW~75kW的电动机等);Ⅲ类为大型原动机(硬基础);Ⅳ类为大型原动机(弹性基础)。
(2)A、B、C、D为振动级别。
A级好,B级满意,C级不满意,D级不允许。
测量速度RMS值应在轴承壳的三个正交方向上。
1.4电机故障特点与测试常用方法
1.4.1故障的特点
电机的故障类型有很多种,但其故障现象多数都有随机特性,因为设备在运行过程中,不同时刻所产生的信号数据也是不同的,这就为我们对检测到的数据来判断出准确的数据是非常困难的。
世上没有相同的两个人或者两片树叶,电机也是一样,即使是同一型号同一参数的电动机,但在装配的时候不同和工作条件的不同,其动态特性模型参数也会有较大的差异。
电机的部零件繁多,一个部件的损坏很大几率会导致另一部件发生故障,这就决定了电机故障的并发性和多层次性。
这为电机维修带来了很大的难度。
除了随机性和并发性外,电机故障还有连续性、离散性、模糊性等特点。
1.4.2故障测试常用方法
古中医中,医师一般都是使用“望、闻、问、切。
”来治疗病人。
那么在检测电机故障时,我们怎么办呢?
一开始时,研究人员一般都是“耳听、眼看、手摸”来直观地得出电机到底发生了什么样的故障。
在设备诊断技术问世后,这种低效率,繁琐的情况得到了根本的改善。
至今,根据信号类型的不同,诊断技术可大致分为:
温度诊断、光谱诊断、声振诊断等。
但由于受到当时技术条件的限制,在初期,人都要亲力亲为,经过仪器处理后的信号都要人自己去分析,因此,这带来了许多的限制,只有经验丰富的专家和技术人员才能准确地判别出故障类型。
但经过这些年的研究,人工智能日益发达。
电机诊断技术以设备故障机理为基础,科学技术为辅,经过准确采集出能反映设备状态的各种信息,并利用各种各样的计算方法或者变换来处理这些信息,从而有效地得出其故障类型。
1.5故障诊断技术的概况
在六十年代中期,设备诊断技术就已经在美国出现,起初的目的是用于航天事业,军事设备等检测。
但随着时间的变迁,工业在近几十年得到了空前的发展,而对设备的要求也越来越高,这
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