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液压挖掘机状态监测与故障诊断系统的研究

作　者: 吴烨
导　师: 何清华
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 液压挖掘机 状态监测 故障诊断 专家系统
分类号: TU621
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 466次
引　用: 10次
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内容摘要


状态监测与故障诊断是挖掘机机电一体化的关键技术之一，它能够实现挖掘机工作状态的实时检测，缩短故障停机时间，大大提高挖掘机的经济效益。 本文首先构建了液压挖掘机状态监测与故障诊断系统结构，即由实现在线状态监测功能的下位单片机和实现离线故障诊断功能的上位PC机组成的系统；然后确定了下位机系统的功能，分析了测试原理，设计了硬件电路和软件程序。分析了发动机缸盖振动信号的频域特性，在此基础上，对发动机气门漏气故障的振动诊断机理进行了研究，提取高频能量与总能量之比E_h／E_w作为特征参数来实现气门漏气故障的检测。对发动机气门间隙异常故障的振动诊断机理进行了研究，提出以高频能量E_h作为特征参数来检测气门间隙异常故障的方法。 通过对挖掘机故障诊断的各种方法进行分析比较，构建了液压挖掘机故障诊断专家系统模型FDES。在介绍了FDES的知识获取，包括专家经验知识的总结，以及基于ANN技术的知识获取方法之后，构建了一个三层BP网络，并阐述了系统从样例中获取知识的过程。通过对系统推理机制进行分析，提出了一种基于不确定性知识的推理方法，对于概率系数P、模糊隶属度F和D的选择进行了探讨。最后对状态监测系统进行了实验研究，结果表明使用单片机来测取和存储挖掘机工况参数数据是完全可行的。 本文重点研究神经网络与专家系统诊断技术的融合，以及对不确定知识的处理技术，强调的是系统的自适应能力和自学习能力，为液压挖掘机故障的事后诊断定位提供理论基础和新的思路。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-21
  1.1 挖掘机状态监测与故障诊断技术的发展  8-9
  1.2 国内外研究发展现状  9-14
    1.2.1 国外研究发展现状  9-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 挖掘机状态监测与故障诊断关键技术的研究  14-20
    1.3.1 传感器技术  14
    1.3.2 信号采集与处理技术  14-16
    1.3.3 数据通讯技术  16-17
    1.3.4 故障诊断的基本理论和方法  17-20
  1.4 课题来源、研究目的和意义  20-21
第二章 液压挖掘机状态监测系统开发研究  21-40
  2.1 挖掘机状态监测与故障诊断系统总体方案设计  21-23
    2.1.1 系统方案的选择  21
    2.1.2 系统结构的构建  21-23
  2.2 状态监测系统的体系结构  23-26
    2.2.1 工况特征参数的选择  23-24
    2.2.2 系统结构及测试原理  24-26
    2.2.3 传感器的选型  26
  2.3 状态监测系统硬件电路的设计  26-30
    2.3.1 主处理器电路的设计与分析  26-28
    2.3.2 数据处理电路的设计与分析  28-30
    2.3.3 电源电路的设计与分析  30
    2.3.4 通讯电路的设计与分析  30
    2.3.5 显示与报警电路的设计与分析  30
  2.4 状态监测系统软件程序的开发  30-38
    2.4.1 主程序的开发  31-32
    2.4.2 转速采样程序的开发  32-34
    2.4.3 A／D采样处理程序的开发  34-35
    2.4.4 RS-232C串口通讯程序的开发  35
    2.4.5 趋势预测程序的开发  35-38
  2.5 系统采用的抗干扰措施  38-39
    2.5.1 系统采用的硬件抗干扰技术  38
    2.5.2 系统采用的软件抗干扰技术  38-39
  2.6 小结  39-40
第三章 发动机典型故障振动诊断机理的研究  40-49
  3.1 发动机缸盖振动信号的特性分析  40-42
    3.1.1 发动机缸盖振动信息模型的结构框架  40-41
    3.1.2 发动机缸盖振动信号的频域特性  41-42
  3.2 发动机气门漏气故障的振动诊断机理研究  42-44
    3.2.1 气门漏气故障的振动诊断机理  42-43
    3.2.2 气门漏气故障的特征值提取  43-44
  3.3 发动机气门间隙异常的振动诊断机理研究  44-48
    3.3.1 气门机构的单自由度动力学模型  44-46
    3.3.2 气门间隙异常的振动诊断机理  46-48
  3.4 小结  48-49
第四章 液压挖掘机故障诊断专家系统开发研究  49-75
  4.1 液压挖掘机故障诊断方法的比较和选择  49-50
  4.2 FDES的基本结构  50-52
  4.3 FDES知识处理和推理方法研究  52-69
    4.3.1 FDES知识获取程序的设计与分析  52-60
    4.3.2 FDES知识表示方法的研究  60-63
    4.3.3 FDES推理机制的研究  63-69
  4.4 FDES的软件开发  69-74
    4.4.1 FDES开发工具的选择  69-70
    4.4.2 FDES软件功能模块的划分  70
    4.4.3 FDES知识库管理模块的开发  70-72
    4.4.4 FDES故障诊断推理模块的开发  72-73
    4.4.5 FDES数据库管理模块的开发  73-74
  4.5 小结  74-75
第五章 挖掘机状态监测系统实验研究  75-82
  5.1 挖掘机状态监测系统实验研究  75-81
    5.1.1 实验目的及内容  75
    5.1.2 实验方案设计  75-78
    5.1.3 实验结果与数据分析  78-81
  5.2 小结  81-82
第六章 总结与展望  82-84
参考文献  84-87
附录  87-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工机械和设备 > 土工机械、挖掘机械 > 挖掘机
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