故障旋转机械非线性动力学近期研究综述

重点介绍"故障旋转机械非线性动力学的理论与实验"的若干研究结果.说明了研究故障旋转机械动力学的意义,讨论了有单一故障(裂纹、碰摩、松动和油膜震荡等)或耦合故障(裂纹和碰摩、裂纹和松动、碰摩和松动等)的转子系统非线性动力学的某些特性、转子系统故障发生与发展的慢变与突变过程及其特点、故障转子系统的可靠性分析若干理论问题,以及抑制转子系统振动的若干措施与方法等.     

刚度与阻尼突变转子系统的动力学研究

根据转子动力学理论,建立了具有突变刚度和突变阻尼特性的Jeffcott转子力学模型及动力学方程.通过解析方法得到了刚度和阻尼突变后的转子系统振动解析表达式,并分析了突变前后稳态振幅之间的关系及突变对轴心最大位移的影响,定义了刚度和阻尼突变后的暂态过程时间而且确定了碰摩参数区域.结论表明,刚度和阻尼突变会导致转子系统振动幅度增大,柔性转子系统在刚度和阻尼突减的情况下发生碰摩故障的可能性较大,暂态过程时间随着突变刚度比和突变阻尼比的增大而减小,碰摩参数区域随着刚度和阻尼突减幅度及质量偏心距的增大而增加等.     

一种负荷突变情况下异步电机转子断条故障在线检测新方法

异步电机发生转子断条故障时,其定子电流故障特征频率分量容易被电流基频淹没,加之实际工作中电机负荷突变的干扰,极大地增加了故障特征频率提取及检测的难度。为解决该问题,将解析小波和定子电流谱减法结合,提出一种有效的故障检测新方法。该方法首先利用解析小波变换来判断负荷突变点,然后通过谱减法来消除定子电流频谱中的基频分量,突出故障特征频率,进一步定义故障程度因子来量化转子断条故障程度。仿真和实验分析结果表明,该方法对于负荷突变情况下转子断条故障特征频率更加敏感,能够定量地描述转子故障程度。     

激励幅值突变转子系统的动力学研究

根据转子动力学理论,建立了具有突变激励幅值特性的Jeffcott转子力学模型及动力学方程.通过解析方法得到了激励幅值突变后的转子系统振动解析表达式,并分析了激励幅值突变前后稳态振幅之间的关系及激励幅值突变对轴心最大位移的影响,定义了激励幅值突变后的暂态过程时间而且确定了碰摩参数区域.结论表明,激励幅值突变的转子会导致转子系统振动幅度增大,柔性转子系统在激励幅值突增的情况下发生碰摩故障的可能性较大,暂态过程时间与系统阻尼、刚度突变时的轴心位置及系统工作频率有关,碰摩参数区域随着激励幅值突增幅度及质量偏心距的增大而增加等.     

质量及激励幅值突变转子系统动力学研究

根据转子动力学理论,建立了具有质量及激励幅值突变特性的Jeffcott转子力学模型及动力学方程.通过解析方法得到了参数间步突变后的转子系统振动解析表达式,并分析了突变前后稳态振幅之间的关系及突变对轴心最大位移的影响,定义了参数突变后的暂态过程时间而且确定了碰摩参数区域.结论表明,质量及激励幅值突变会导致转子系统振动幅度增大,柔性转子系统在这两个参数突增的情况下发生碰摩的可能性较大,暂态过程时间随着参数突变比的增大而增大,碰摩参数区域面积随着质量偏心距的增大而快速增加等.     

基于声信号三维谱分析的转子复合碰摩故障特征提取

转子在运行过程中的声音包含了大量的转子运行状态信号,变速过程中故障声信号特征的提取及其识别对于旋转机械故障诊断是极其必要的,目前基于声信号三维谱分析的转子故障特征提取还不多,在对转子旋转机械中的一些典型产生的碰摩故障及复合碰摩故障进行了试验模拟,对故障发生过程中的声信号进行采集的基础上,对转子故障声信号的三维谱特性进行了分析。提取和总结出由故障造成的声信号突变和对应的声谱特征。分析结果表明:采用声信号对转子的碰摩故障进行诊断是有效的。声信号三维谱图丰富旋转机械碰摩故障诊断系统知识库中的特征信息,可以用于更准确地诊断转子中的碰摩故障。     

转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的非线性特性研究

研究了带有裂纹和碰摩耦合故障的弹性转子系统的复杂运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有裂纹-碰摩耦合故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和裂纹-碰摩转子系统的强非线性特点,本文用Runge-Kutta法对转子-轴承系统由裂纹和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。     

转子复合碰摩故障特征提取实验研究

对旋转机械中的一些典型碰摩故障及复合碰摩故障进行了试验模拟,对故障发生过程中的加速度信号进行了采集.在此基础上,对转子故障加速度信号的三维谱特性进行了分析,提取和总结出由故障造成的加速度信号突变和对应的谱特征.分析结果表明采用加速度信号对转子的碰摩故障进行诊断是有效的.加速度信号三维谱图可以丰富旋转机械碰摩故障诊断系统知识库中的特征信息,对于更准确地诊断转子中的碰摩故障具有重要的意义.     

基于信息熵的转子动力特征分析与诊断方法研究

针对转子系统运行过程中的非线性、耦合性、非平稳突变性等复杂特征,提出基于信息熵特征提取方法,将转子系统动力分析与参数识别方法有机结合,分析转子典型故障——裂纹、碰摩及裂纹碰摩耦合等不同状态下响应参量的信息熵特征及变化规律,并构建小波神经网络模型实现转子系统故障状态诊断。通过对转子系统实测信号的分析诊断,验证理论方法的有效性。     

基于加速度信号全谱分析的转子碰摩故障特征提取实验研究

转子在运行过程中的振动加速度信号包含了转子运行状态大量信号，瞬态过程中故障加速度信号特征的提取及其识别对于旋转机械故障诊断是十分重要的。旋转机械振动的全谱分析是一种使一些典型故障尤萁是碰摩故障能被很清楚检测出来的有效方法，本文在对旋转机械转子中的一些典型碰摩故障进行了模拟试验，以及对故障发生过程中的加速度信号进行采集的基础上，对转子故障加速度信号的全谱特性进行了分析，提取和总结出由故障造成的加速度信号突变和对应的谱特征。分析结果表明：采用转子振动加速度信号对转子的碰摩故障进行诊断是有效的。加速度信号全谱图可以丰富旋转机械碰摩故障诊断系统知识库中的特征信息，对于更准确地诊断转子中的碰摩故障具有重要意义。