哈尔滨理工大学学士学位论文 如武汉大学的动力机械学院就提出了用灰色理论关联度分析和基于不变性矩的径向基函数方法来进行水轮机组的轴心轨迹自动识别[14][15]。华中科技大学的王海则综合应用了小波去嗓理论、平面图形不变矩理论、神经网络理论，实现了识别过程的自动化，东南大学的赵林度利用神经网络对轴心轨迹的离散余弦变换的描述子进行分类识别[16]。浙江大学的丁昭同将广泛应用于语音识别的隐马尔科夫模型用于旋转机械的轴心轨迹的识别[17]，取得了一定的效果。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。 1.3 研究的意义和主要内容
1.3.1 研究的意义
在工业生产当中,旋转机械是机械设备的重要组成部分,一旦发发生事故,将造成重大损失。随着科学技术的发展，人们对机械设备的安全、稳定、高可靠性工作的要求日益迫切。这就对旋转机械故障诊断技术提出了个高的要求。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。 旋转机械轴心轨迹作为旋转机械的一类重要图形征兆，包含了大量的故障信息，它形象、直观地表达了设备的运行情况，是诊断专家在诊断过程中采用的一项不可缺少的故障征兆信息，轴心轨迹的提纯与自动识别的研究水平决定着故障诊断专家系统的智能化水平，因此有着重要的研究价值。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。 基于微机硬件平台的虚拟测量仪器已经在各行各业得到了越来越广泛的应用。它功能灵活、开放，易于与其他仪器设备组成强大的测量系统，比传统仪器效率更高、成本更低、功能更强大。将故障诊断技术基于虚拟仪器来实现，能够充分发挥虚拟仪器的上述特点，为旋转机械故障诊断技术，提供了有力的支持莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。 1.3.2 研究的主要内容
本课题主要是研究轴心轨迹的自动识别和旋转机械典型故障的在线诊断。搭建实验台和测试电路编制数据采集程序完成数据采集。应用不变矩理论，编程实现其算法实验轴心轨迹的识别。整合程序实现轴心轨迹自动识别和在线诊断。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 硬件方面：
（1）设计搭建转子典型故障故障模拟实验台，使之能够可靠地模拟出各种典型故障；
（2）搭建信号测量电路，保证传感器、电荷放大器、滤波器和数据采集卡能够正常工作。
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哈尔滨理工大学学士学位论文 软件方面：
（1）编制信号采集采集程序。该程序能够持续采样，对信号处理合成轴心轨迹并实施显示，也可以实现数据的存储和信号的频谱分析功能；
納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 （2）编制轴心轨迹仿真程序，该程序能够实现对几种典型故障轴心轨迹的仿真，并将数据保存；
（3）编制不变矩计算程序，通过大量实验对不变矩算法进行改进，使之适合轴心轨迹的不变矩计算，最后算取个典型故障轴心轨迹的不变矩值作为标准值；風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 （4）编制关联度计算程序，大量实验找出一个既简单又相对准确的关联度计算方法；
（5）整合各程序，实现自动识别与在线诊断，优化程序中的参数。
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第2章 转子振动机理和轴心轨迹特征
在旋转机械状态检修系统中，影响设备运行状态的因素是多种多样的，包括振动、瓦温、气蚀等。由于振动的广泛性、振动信号的多维性、测振技术的实用性，一般监测系统均将振动信号作为主要监测项目。设备在运行过程中必然会产生不同程度的振动。据统计，约有70％的故障或事故都在振动信号中有所反映，振动的超标威胁着旋转设备的安全运行。当振动超过一定限度时就会对设备造成危害，严重时将威胁设备安全运行，带来巨大的经济损失。灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 2.1 旋转机械振动机理分析
对于机械设备来说，通常会产生两种不同形式的振动：强迫振动和自激振动。强迫振动是由外界对系统持续激励所引起的。它是从外界不断地获得能量来补充阻尼所消耗的能量，使系统得以维持持续的等幅振动。外界激励的来源可能是直接作用在振动系统上的激振力，也可能是由于系统中运动部件的不平衡离心惯性力，再就是由支撑件的持续运动而引起。这些激励作用可能是周期性的，也可能是非周期性的。如旋转机械运动中的质量不平衡、几何轴线不对中、齿轮啮合不好、传动件配合不当、轴颈轴承问隙过大等都会引起机械设备的强迫振动。同样，往复机械设备一般都具有大质量的曲柄活塞机构，这些大质量构件在高速周期性运动时就会产生周期性的惯性力，进而就可引起机器和基础的强迫振动及曲轴的扭转振动。强迫振动会使设备或结构产生过大的动应力，成为疲劳破坏的重要原因。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 自激振动是依靠系统自身各部分间相互偶合而维持的稳态周期振动，是无需周期变化的外力就能维持的稳态振动，因而与强迫振动有原则性的区别。自激振动的突出特点是它的自治性，即当它处于自激振状态时并不承受随时间变化的外力，而是依靠系统的各个组成部分间相互作用的内力来维持稳态周期振动的。引起自激振动的原因很多，其产生的机理也十分复杂，如油膜振荡使转子出现涡动失衡等。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 引起机械振动的的主要原因有：(1)因机组转动部分质量不平衡引起的机组振动，其主要特征是机组振幅随机组转速变化较敏感，其振幅一般与转速的二次方成正比，且水平振动较大（2)机组转动部件与固定部件相碰(或摩擦)所引起的机组振动，其特征为：一般振动较强烈，并常常伴有撞击声响(3)因轴承间隙过大、主轴过细、轴的刚度不够所引起的
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哈尔滨理工大学学士学位论文 振动，其特征为：机组振幅随机组负荷变化较明显(4)因机组轴线曲折、紧固零部件松动、机组对中心不准、推力轴承调整不良所引起的机组振动，其特征为：机组在空载低转速运行时，机组便有明显振动。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。 2.2 转子振动的基本特征
转子正常工作，即转子在无故障状态，具体说是转子处于平衡状态、对中情况良好、转轴截面的径向刚度相等、转轴与机壳之间无摩擦等条件下的状态，在此情况下，转子运动不受干扰。频率成分以一倍频为主，混有少量噪声成分。理想轴心轨迹为圆形，但由于实际上不平衡总是存在的，轴心轨迹往往是椭圆形。正常情况下的轴心轨迹与不平衡的轴心轨迹在形状上相同，但正常情况下的振幅比不平衡时要小的多。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 旋转机械的主要部件是转子，其结构形式虽然多种多样，但对一些简单的旋转机械来说，为分析和计算方便，一般都将转子的力学模型简化为一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由刚性的轴承及轴承座支承。该模型称为刚性支承的转子，对它进行分析计算所得到的概念和结论用于简单的旋转机械是适用的。由于做了上述种种简化，若把得到的分析结果用于较为复杂的旋转机械时不够精确，但基本上能够说明转子振动的基本特性。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
图2-1 单圆盘转子
大多数情况下，旋转机械的转子轴心线是水平的，转子的两个支承点在同一水平线上。设转子上的圆盘位于转子两支点的中央，当转子静止时，由于圆盘的重量使转子轴弯曲变形产生静挠度，即静变形。此时，由于静变形较小，对转子运行的影响不显著，可以忽略不计，即认为圆盘的几何中心O’与轴线AB上O点重合,如图2-1所示。转子开始转动后，由于离心力的作用，转子产生动挠度。此时转子有两种运动：一种是转子的自身旋转，即圆盘绕其轴线AO’B的转动；另一种是弓形转动，即弯曲的轴心线AO’B与轴承联线AOB组成的平面绕AB轴线的转动。偽澀锟攢鴛擋緬- 7 -
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