摘 要

现代化生活离不开工业生产,其中旋转机械在工业生产中起着重要作用。从飞机到汽车，从机床到电机，旋转机械故障可能会导致严重后果，轻则是设备事故，重则会威胁到人的生命安全，都会造成不可估量的经济损失。在严重事故发生之前及时进行初步判断是缺陷检测的重点。本文对船舶中的齿轮泵进行了测试，并收集了被测试的齿轮泵的振动信号。然后，根据机械设备振动诊断技术的时频分析方法，对齿轮泵缺陷进行了初步分析和推断。在时频波形图中，根据缺陷设备显示的信息进行信息处理和缺陷分析。根据时频信号的图形常常能够确定故障类别。

用计算机对振动信号进行处理，不仅将传统经验与现代方法相结合，还能得出更加精确的结论和更有效率的解决方法。第三次工业革命以来，计算机技术就不断向前发展，并且与许多工科学科相结合，诞生了许多新的方法，能够解决传统方法不能解决的问题。其中MATLAB矩阵实验室在各方面都得到了良好的应用。本文用MATLAB对齿轮泵的振动信号进行分析，获得了很好的效果。

关键词：齿轮泵；故障诊断；信号分析；MATLAB

Abstract

Modern life is inseparable from industrial production, in which rotating machinery plays an important role in industrial production. From airplanes to cars, from machine tools to motors, rotating machinery failures can lead to serious consequences, ranging from equipment accidents to serious threats to people’s lives and safety, and can cause immeasurable economic losses. It is the focus of defect detection to make a preliminary judgment in time before a serious accident occurs. In this paper, the gear pump in the ship was tested, and the vibration signal of the gear pump under test was collected. Then, according to the time-frequency analysis method of vibration diagnosis technology of mechanical equipment, the defects of the gear pump are preliminarily analyzed and inferred. In the time-frequency waveform diagram, information processing and defect analysis are performed according to the information displayed by the defective device. The type of fault can often be determined based on the graph of the time-frequency signal.

Processing vibration signals with a computer not only combines traditional experience with modern methods, but also draws more accurate conclusions and more efficient solutions. Since the third industrial revolution, computer technology has continued to move forward, and combined with many engineering disciplines, many new methods have been born that can solve problems that traditional methods cannot. The MATLAB matrix laboratory has been well applied in all aspects. In this paper, MATLAB is used to analyze the vibration signal of the gear pump, and good results are obtained.

Keywords: gear pump; fault diagnosis; signal analysis; MATLAB

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 故障诊断研究现状 2

1.2.1 旋转机械故障诊断方法简介 2

1.2.2 故障诊断的研究现状 3

1.2.3 论文的主要研究内容 4

第2章 齿轮泵及故障概述 5

2.1 齿轮泵结构及工作原理 5

2.2齿轮泵振动的产生原理 6

2.3齿轮泵主要失效形式 7

2.4 本章小结 8

第3章 信号分析与诊断方法 9

3.1 信号分析 9

3.1.1 时域分析 9

3.1.2 频域分析 11

3.1.3 时频分析 13

3.2 EMD相关理论及应用 15

3.2.1 解析信号 15

3.2.2 EMD算法原理 16

3.3 EMD算法的不足和改进 17

3.3.1算法的不足 17

3.3.2算法的改进 18

3.3.3 基于EMD的故障诊断 20

3.4 本章小结 21

第4章 齿轮泵振动信号采集与诊断 22

4.1 振动信号测试设备简介 22

4.1.1 齿轮泵型号及实验装置 22

4.1.2 信号测试设备 23

4.2 振动信号采集 23

4.3 振动信号的诊断 25

4.3.1信号的EMD分解 25

4.3.2结果分析 27

4.4本章总结 27

第5章 总结与展望 28

5.1总结 28

5.2展望 28

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

齿轮泵作为机械设备类型之一，在船舶上主要作为滑油系统中的滑油输送泵和燃油系统中的高压燃油泵、燃油供给泵等，故齿轮泵的安全、可靠运转是维持主机稳定运行的必要条件。随着当今行业和专业知识的不断扩展，中国的机械设备正朝着庞大且集成的自动化和高功率方向发展。现代设备的组件越来越复杂，功能和系统也越来越强大。在提高生产效率的同时，发生设备故障，生产效率降低有时难以规避。更有甚者，某些设备出现故障，可能造成人员伤亡。例如，数月前知名球星科比乘坐直升飞机遇难，1986年的前苏联切尔诺贝利反应堆因故发生泄漏，1912年名噪一时的巨轮泰坦尼克号失事，都是由于设备故障而造成的重大灾难。在我国也有时会发生因设备故障而引起的事故。山西大同发电厂设备联轴器故障和秦岭发电厂汽轮发电机组的轴故障是重大事故的典型例证。另外，温州动车事故对经济和人命也造成了巨大伤害，因此，故障诊断的重要性是不言而喻的。及时的故障诊断可以减少安全威胁，确保生命和机器的安全，直接减少经济损失，提高企业利润。现代机械的主流之一是被称为“传动系统”的动力机械和传动机械。齿轮泵是机械设备中非常重要的通用组件，它已被广泛用于现代工业的发展，尤其是在大型船舶上应用更甚。但是，由于齿轮箱的结构复杂，零件众多，与其他普通机器相比，在复杂的工作环境中，齿轮泵的故障会直接导致设备故障。如果齿轮泵异常，肯定会影响机械和工业生产的正常运行，降低企业的生产效率。故由以上分析可知，齿轮泵的故障不仅会造成巨大的经济损失，而且还会引起各种社会普遍关注的问题。

因此，必须对齿轮泵进行检测诊断以充分提高其使用性能和安全性。了解其在不同工况下的工作特点并尽快找出初始故障是非常重要的，这能够降低时间成本并对失效的原因和故障未来的发展趋势做尽可能完善的预测，及时止损，将问题扼杀在摇篮中。找出失效最根本的原因之后，可以以更科学的方式对故障进行诊断优化并研究出更加完备的系统。预测性维护可以显著提高诊断效率并降低诊断缺陷的成本。根据英国一项统计资料，使用故障诊断技术可将错误率降低76％，而维护的成本消耗更是降低了一半以上。因此，在考虑安全性或经济性时，创建一个完整的故障诊断系统非常重要。

1.2 故障诊断研究现状

1.2.1 旋转机械故障诊断方法简介

随着社会工业和基础设施建设的不断发展，旋转机械的故障诊断技术也越来越受到重视，因为不同办法思路不同，随着发展的深入，可以分出不同类别。如图 1.1 所示，可将其分为基于知识的方法，基于数学模型的方法以及基于信号处理的方法此三大类别。