專利名稱：：一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種機械故障預(yù)報監(jiān)測方法，特別是關(guān)于一種用于往復(fù)機械領(lǐng)域中的動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：往復(fù)機械是用于石油、化工、冶金、動力等工業(yè)領(lǐng)域的一類關(guān)鍵動力設(shè)備，在生產(chǎn)中起著人體“心臟”的作用。但由于往復(fù)機械的結(jié)構(gòu)和運動形式比較復(fù)雜，其關(guān)鍵運動部件有連桿、曲軸、十字頭、活塞桿、活塞等，其中連桿、曲軸做旋轉(zhuǎn)運動，十字頭為旋轉(zhuǎn)運動和直線往復(fù)運動的交匯點，活塞桿、活塞在氣缸中作直線往復(fù)運動，上述運動的復(fù)雜性，使得往復(fù)機械在生產(chǎn)中的故障率非常高，一旦某一部分發(fā)生故障，就會造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡事故。近幾年來國內(nèi)外的機械故障診斷技術(shù)發(fā)展迅速，研究的手段和方法日新月異，特別是在旋轉(zhuǎn)機械領(lǐng)域內(nèi)已取得了較好的應(yīng)用效果。然而，對于柴油機、壓縮機、往復(fù)泵等往復(fù)式機械，盡管國內(nèi)外的有關(guān)學(xué)者已經(jīng)在這方面進行了大量的研究工作，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、激勵源多以及運行不平穩(wěn)等特點，其實際應(yīng)用仍未取得令人滿意的效果。往復(fù)機械故障診斷方法多局限在實驗室內(nèi)的模擬階段，實用性還遠(yuǎn)未達(dá)到現(xiàn)場要求。主要困難表現(xiàn)在信號的非平穩(wěn)性、信號的重疊性、診斷模型的多樣性，往復(fù)機械結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜而且型號很多，難以歸納出共性。適用于某型號的往復(fù)機械的分析方法，對另一型號的往復(fù)機械未必可行，例如，基于故障機理的診斷方法因往復(fù)機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而逐漸被放棄；故障樹診斷法由于其診斷方法粗糙而診斷精度不高；瞬時轉(zhuǎn)速波動診斷法雖然能夠反映故障信息，但是該方法不能分析出故障的具體原因，也不能對故障進行準(zhǔn)確定位，而且測量瞬時轉(zhuǎn)速波動需要高頻響、高精度的儀器，成本高。目前對于往復(fù)機械的檢測技術(shù)，世界上通常采用跟蹤分析方法，是采用以曲軸轉(zhuǎn)速計脈沖信號作為采集振動數(shù)據(jù)的外部時鐘，并通過跟蹤過濾器裝置將振動信號采集到計算機中進行分析和判定。由于此方法對轉(zhuǎn)速采集精度要求很高，在實際用于往往會產(chǎn)生測量不準(zhǔn)的現(xiàn)象，而且它還需要一個跟蹤過濾器裝置來實現(xiàn)對振動信號的過濾，所以成本相對較高，而且分析結(jié)果離散性高，穩(wěn)定性偏低，不利于實際推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種適用較為廣泛、能實現(xiàn)故障預(yù)報功能、診斷精度較高且成本較低的動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法及其系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法，其步驟如下(1)設(shè)置一包括往復(fù)式發(fā)動機、取油裝置、油液預(yù)處理器、油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊、故障診斷模塊、磁電傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、信號調(diào)理箱、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)據(jù)采集模塊的故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)；(2)啟動往復(fù)機械，由數(shù)據(jù)采集模塊采集磁電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號，并判斷脈沖信號內(nèi)是否有曲軸相位信號；當(dāng)沒有曲軸相位信號時，重新啟動往復(fù)機械；當(dāng)檢測到曲軸相位信號時，各傳感器開始采集信號；(3)數(shù)據(jù)采集模塊完成信號數(shù)據(jù)采集，并將信號送入故障診斷模塊內(nèi)；同時，數(shù)據(jù)采集模塊完成所有信號采集后，回到初始狀態(tài)等待重復(fù)采集命令；(4)在往復(fù)機械工作狀態(tài)下，取油裝置由油底殼放油口處取出動態(tài)油樣，對油樣進行預(yù)處理后，經(jīng)過油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊將油液中金屬元素濃度值再經(jīng)預(yù)處理，送入故障診斷模塊內(nèi)；(5)故障診斷模塊根據(jù)各傳感器數(shù)據(jù)和油液分析數(shù)據(jù)對其內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進行更新，更新后的數(shù)據(jù)庫按照3σ方法進行相位信號界限值和幅值界限值重新制定；(6)在故障診斷模塊內(nèi)，通過比較數(shù)據(jù)相位關(guān)系、數(shù)據(jù)幅值大小的量化信息，結(jié)合往復(fù)機械的故障界限值和實際故障庫，對往復(fù)機械當(dāng)前狀態(tài)進行診斷；若診斷結(jié)果正常，則設(shè)備繼續(xù)運行；若診斷結(jié)果異常，則由故障診斷模塊進行故障監(jiān)測和預(yù)報。所述步驟(6)中的所述故障診斷的方法包括以下步驟(1)根據(jù)油液分析數(shù)據(jù)及各傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并參照已制定的相位信號界限值和幅值信號界限值，判斷采集數(shù)據(jù)是否超出正常相位和幅值的界限值上限，若沒有超出，則繼續(xù)運行設(shè)備；若超出，則進行相位偏移和幅值數(shù)據(jù)量化處理；(2)經(jīng)所述步驟一進行量化處理后，根據(jù)模糊評判方法，建立幅值信號的評判矩陣；利用隸屬函數(shù)的形式對基本因素做出評判，分別得到幅值信號和相位信號模糊評判矩陣；(3)根據(jù)模糊評判矩陣，若評判結(jié)果正常，則設(shè)備繼續(xù)運行；若評判結(jié)果為警戒，則利用灰色建模方法對各因素集進行灰色建模，并進行故障預(yù)報；若模糊評判結(jié)果為故障，則分別對幅值和相位的評判矩陣進行加權(quán)處理，并利用模糊綜合評判方法再次進行判斷，結(jié)果仍然出現(xiàn)故障，則給出故障結(jié)論，結(jié)果正常，則繼續(xù)運行設(shè)備。所述故障診斷方法中的故障預(yù)報是基于建模數(shù)據(jù)變化規(guī)律的灰色建模方法，所述灰色建模方法包括以下步驟(1)對于非等間距的取樣數(shù)據(jù)，根據(jù)級比條件判斷取樣數(shù)據(jù)是否滿足級比要求，若不滿足，則對元素濃度進行對數(shù)化處理后重新判定；若滿足，則繼續(xù)判斷是否滿足建模條件；(2)當(dāng)滿足建模條件時，則按照差商法灰色建模的方法進行灰色建模；若不滿足建模條件，則對取樣時刻進行等間隔化處理；(3)經(jīng)間隔化處理后，判斷取樣數(shù)據(jù)規(guī)則是否平滑，若數(shù)據(jù)規(guī)則平滑，則可以按照時序擬合法的灰色建模方法進行建模；若數(shù)據(jù)規(guī)則具有波動性，則利用改進的基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法進行灰色建模；(4)所述差商法、時序擬合法和基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法灰色建模后，都要進行擬合精度檢驗，若檢驗合格，則可以進行灰色預(yù)測；若檢驗不合格，則改變建模維數(shù)重新進行建模，直至滿足擬合精度要求。所述級比條件為^⑷&，ε"|，其中，δ為級比函數(shù)，η為樣本數(shù)據(jù)的數(shù)量；所述建模條件為:max(Atk)/min(Atk)<1.5，其中Atk為采樣間隔時間。一種實現(xiàn)上述方法的動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于它包括一設(shè)置在試驗臺支架上的往復(fù)式發(fā)動機，所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)油底殼的放油口處經(jīng)一取油裝置后，依次連接一油液預(yù)處理器和一油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊，所述油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊的輸出端連接一故障診斷模塊；所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)的飛輪和火花塞分別連接一磁電傳感器和一電壓傳感器；所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)氣缸頂部的火花塞安裝孔連接一壓力傳感器，所述氣缸的出氣口連接一溫度傳感器，所述氣缸的頂部連接一振動傳感器和一超聲波傳感器，所有所述傳感器將檢測到的信號都經(jīng)過電纜輸入一信號調(diào)理箱；所述信號調(diào)理箱的輸出端經(jīng)一模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)據(jù)采集模塊后，送入所述故障診斷模塊。所述取油裝置包括一取樣接頭，所述取樣轉(zhuǎn)接頭的輸入端穿過往復(fù)發(fā)動機內(nèi)油底殼底部，且與所述油底殼底部為螺紋連接，所述取樣接頭的輸出端螺紋連接一快速接頭的輸入端，所述快速接頭的輸出端螺紋連接一取樣油管的輸入端，所述取樣油管的輸出端與一球形閥門螺紋連接，所述球形閥門的輸出端螺紋連接一噴油嘴；所述球形閥門上設(shè)置有一開關(guān)手柄。所述取樣接頭與所述油底殼底部連接處，以及所述取樣油管的輸出端與所述球形閥門連接處均設(shè)置有一密封墊；所述取樣接頭的輸出端與所述取樣油管的輸入端連接處設(shè)置有一0型密封圈。所述取樣接頭頂部伸入油底殼內(nèi)的高度為80100mm，且在該頂部設(shè)置有三組以上的孔洞。所述信號調(diào)理箱內(nèi)設(shè)置有兩個低通濾波器、一個頻壓轉(zhuǎn)換模塊、四個電壓隔離模塊、兩個帶通濾波器、一個電流隔離模塊、一個信號衰減模塊和一個電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊；所述磁電傳感器和壓力傳感器將檢測到的信號分別經(jīng)一所述低通濾波器后，分別輸入所述頻壓轉(zhuǎn)換模塊和一所述電壓隔離模塊；所述振動傳感器和超聲波傳感器檢測到的信號分別經(jīng)一所述帶通濾波器后，分別輸入一所述電壓隔離模塊和電流隔離模塊，并經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集；所述電壓傳感器和溫度傳感器檢測到的信號分別經(jīng)所述信號衰減模塊和電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊后，分別輸入一所述電壓隔離模塊，經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用磁電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器及電壓傳感器對往復(fù)機械進行信號采集，同時還利用油液分析技術(shù)對發(fā)動機內(nèi)的油液進行數(shù)據(jù)分析，將各傳感器的數(shù)據(jù)和油樣分析數(shù)據(jù)送入故障診斷模塊內(nèi)，對設(shè)備進行故障監(jiān)測和故障預(yù)報，其系統(tǒng)信號采集手段全面，因此擴大了使用范圍，同時滿足了故障預(yù)報及監(jiān)測功能，診斷精度較高。2、本發(fā)明由于利用磁電傳感器采集曲軸相位信號，進而使得其他傳感器開始進行采集各種信號，各信號采集基于曲軸相位進行，因此使得數(shù)據(jù)結(jié)果顯示直觀、易懂。3、本發(fā)明由于采用的故障監(jiān)測預(yù)報方法是基于閾值和模糊判別方法，進一步提高了的故障預(yù)測的準(zhǔn)確性。4、本發(fā)明由于采用一取油裝置對往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)油底殼中的油液進行取樣，該取油裝置由取樣頭、快速接頭、油管、球形閥門和噴油嘴組成，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。5、本發(fā)明由于將信號采集、數(shù)據(jù)處理分析和故障監(jiān)測預(yù)報等功能集成一體，使得本發(fā)明的實驗系統(tǒng)集成化程度較高，因此大大提高了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。6、本發(fā)明采用的故障監(jiān)測預(yù)報方法可以診斷閥門故障、活塞環(huán)故障、活塞桿故障、軸承故障、點火裝置等故障，其監(jiān)測預(yù)報的故障類型較為全面。因此本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種大型內(nèi)燃機、壓縮機和往復(fù)泵等往復(fù)機械設(shè)備中。圖1是本發(fā)明的整體實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的取油裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的信號調(diào)理箱結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的故障監(jiān)測預(yù)報方法流程圖，圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)油液分析流程圖，圖6是本發(fā)明的故障診斷模塊工作流程圖，圖7是本發(fā)明的灰色建模流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明包括一往復(fù)式發(fā)動機1，往復(fù)式發(fā)動機1設(shè)置在一試驗臺支架(圖中未示出)上。往復(fù)式發(fā)動機1內(nèi)油底殼2的放油口處與一取油裝置3的輸入端連接，取油裝置3的輸出端依次通過一油液預(yù)處理器4和一油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊5連接到一故障診斷模塊6。往復(fù)式發(fā)動機1內(nèi)的飛輪7和火花塞8分別連接一磁電傳感器9和一電壓傳感器10；且往復(fù)式發(fā)動機1內(nèi)氣缸11頂部的火花塞安裝孔連接一壓力傳感器12，氣缸11的出氣口連接一溫度傳感器13，氣缸11的頂部連接一振動傳感器14和一超聲波傳感器15，所有傳感器將檢測到的信號都經(jīng)過電纜輸入一信號調(diào)理箱16內(nèi)，去除信號干擾。處理后的信號由信號調(diào)理箱16的輸出端經(jīng)一A/D轉(zhuǎn)化模塊17(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)化模塊)和數(shù)據(jù)采集模塊18后，送入故障診斷模塊6內(nèi)進行故障監(jiān)測和預(yù)報。如圖2所示，本發(fā)明的取油裝置3包括一取樣接頭301，取樣接頭301的輸入端穿過往復(fù)發(fā)動機內(nèi)油底殼2底部，與油底殼2底部連接處為螺紋連接，且在連接處設(shè)置有一用于防止漏油的密封墊302。取樣接頭301的輸出端螺紋連接一快速接頭303的輸入端，且在該連接處設(shè)置有一0型密封圈304?？焖俳宇^303的輸出端螺紋連接一取樣油管305的輸入端，取樣油管305的輸出端經(jīng)另一密封墊306與一球形閥門307螺紋連接，球形閥門307的輸出端螺紋連接一噴油嘴308。油底殼2內(nèi)的油液由噴油嘴308噴入取樣瓶內(nèi)，以便進行油液分析。上述實施例中，球形閥門307上設(shè)置有一開關(guān)手柄309，當(dāng)開關(guān)手柄309與取樣油管305互為垂直方向時，球形閥門307為關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)手柄309旋轉(zhuǎn)90°變?yōu)榕c取樣油管305同一方向時，球形閥門307為開啟狀態(tài)。上述實施例中，取樣接頭301的頂部伸入油底殼2內(nèi)的高度為80100mm，且在該頂部設(shè)置有三組以上的孔洞310，且在油底殼2內(nèi)，取樣接頭301上最底部的一組孔洞310距離油底殼2底部的高度固定在60mm80mm，使得油底殼2內(nèi)的油液由孔洞310濾除油液中的顆粒后流入快速轉(zhuǎn)接頭303內(nèi)，進而流入取樣油管305中，這樣保證了所取樣油液的純度。如圖3所示，本發(fā)明的信號調(diào)理箱16內(nèi)設(shè)置有兩個低通濾波器19、一個頻壓轉(zhuǎn)換模塊20、四個電壓隔離模塊21、兩個帶通濾波器22、一個電流隔離模塊23、一個信號衰減模塊24和一個電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊25。磁電傳感器9和壓力傳感器12將檢測到的信號分別經(jīng)一低通濾波器19后，濾除高頻雜波，分別輸入頻壓轉(zhuǎn)換模塊20和一電壓隔離模塊21內(nèi)，分別將信號完成頻率到電壓值的轉(zhuǎn)化、干擾信號隔離去除后輸出；振動傳感器14和超聲波傳感器15檢測到的信號分別經(jīng)一帶通濾波器22后，分別輸入一電壓隔離模塊21和電流隔離模塊23內(nèi)，將信號中的干擾信號去除后輸出，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化模塊17由數(shù)據(jù)采集模塊18進行采集；電壓傳感器10和溫度傳感器13檢測到的信號分別經(jīng)信號衰減模塊24和電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊25后，分別輸入一電壓隔離模塊21內(nèi)將信號中的干擾信號去除后輸出，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化模塊17由數(shù)據(jù)采集模塊18進行采集。上述實施例中，磁電傳感器9與飛輪7的連接位置與往復(fù)機械曲軸上的止點相對應(yīng)，以保證曲軸每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個矩形脈沖；且磁電傳感器9接觸端與往復(fù)式發(fā)動機1上飛輪7觸發(fā)點之間的距離為23mm，以保證能有效的產(chǎn)生矩形信號。如圖4所示，本發(fā)明基于往復(fù)機械實驗系統(tǒng)的故障監(jiān)測預(yù)報方法，其步驟如下(1)啟動往復(fù)機械，由數(shù)據(jù)采集模塊采集磁電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號，并判斷脈沖信號內(nèi)是否有曲軸相位信號；當(dāng)沒有曲軸相位信號時，檢查往復(fù)機械與各線纜連接是否出現(xiàn)故障，并重新啟動往復(fù)機械；當(dāng)檢測到曲軸相位信號時，其它壓力、溫度、振動、超聲波及電壓傳感器開始采集信號；(2)將各傳感器采集的信號由信號調(diào)理箱進行調(diào)理，數(shù)據(jù)采集模塊完成信號數(shù)據(jù)采集，并將信號送入故障診斷模塊內(nèi)，進行故障監(jiān)測、預(yù)報分析；同時，當(dāng)數(shù)據(jù)采集模塊按照預(yù)先設(shè)定的采集順序和采集類別完成所有信號采集后，會回到初始狀態(tài)等待重復(fù)采集命令；上述數(shù)據(jù)采集模塊中傳感器信號顯示均以曲軸相位為參考坐標(biāo)，分別完成振動、超聲波、壓力、電壓和溫度信號的采集顯示，信號采集過程中振動信號、超聲波信號是以波形圖的形式顯示，氣缸壓力和點火電壓以PT圖和VT圖形式顯示，溫度以數(shù)值形式顯示；(3)在往復(fù)機械工作狀態(tài)下，取油裝置由油底殼放油口處取出動態(tài)油樣，對油樣進行加熱、振蕩等預(yù)處理，預(yù)處理后經(jīng)過油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊將油液中Fe(鐵)、Cu(銅)、Pb(鉛)和Cr(鉻)等金屬元素濃度值再經(jīng)預(yù)處理后，送入故障診斷模塊內(nèi)；(4)故障診斷模塊根據(jù)各傳感器數(shù)據(jù)和油液分析數(shù)據(jù)對其內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進行更新，更新后的數(shù)據(jù)庫按照30方法進行相位信號界限值和幅值界限值等故障界限值的重新制定；相位信號界限值用于判斷各傳感器信號相對于往復(fù)機械曲軸轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系，相位值過大或過小都會導(dǎo)致往復(fù)機械運行質(zhì)量下降，運行狀況的變差；幅值信號界限值包括了油液分析金屬元素濃度界限值和振動、壓力、電壓以及溫度等所有信號的界限值，用于判斷信號幅值大小是否正?；蚝螘r將會出現(xiàn)異常；(5)在故障診斷模塊內(nèi)，通過比較振動、壓力、點火電壓數(shù)據(jù)相位關(guān)系、油液分析數(shù)據(jù)和傳感器采集數(shù)據(jù)幅值大小等量化信息，并結(jié)合往復(fù)機械的故障界限值和實際故障庫情況，對往復(fù)機械當(dāng)前狀態(tài)進行診斷；若監(jiān)測結(jié)果判斷往復(fù)機械狀態(tài)正常，則設(shè)備繼續(xù)運行；若監(jiān)測結(jié)果判斷往復(fù)機械異常，則由故障診斷模塊進行故障監(jiān)測和預(yù)報，并給出維修決策，確定維修時間以及采取的措施。如圖5所示，上述步驟(3)中的往復(fù)機械實驗系統(tǒng)油液分析包括以下步驟步驟一、首先對于所采集的油樣進行油樣預(yù)處理，主要包括35分鐘的振蕩，同時將油樣加熱到2730°C；步驟二、預(yù)處理后將油樣進行原子發(fā)射光譜分析，獲取油液中Fe(鐵)、Cu(銅)、Pb(鉛)和Cr(鉻)等金屬元素含量；由于油液分析對當(dāng)前設(shè)備運行狀態(tài)進行評價時很容易出現(xiàn)誤判，這是因為在實際中有諸多因素容易導(dǎo)致元素濃度上升趨勢不穩(wěn)定，上下波動較大，數(shù)據(jù)在某種程度上或多或少的失真；導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的主要原因有取樣不規(guī)范(取樣裝置操作方式不準(zhǔn)確)導(dǎo)致的采樣誤差；監(jiān)測人員的觀察誤差；系統(tǒng)漏油，導(dǎo)致濃度上升；非規(guī)律性加油，導(dǎo)致濃度變化；實際運行過程中的影響等；考慮到以上諸多影響因素，必須對光譜分析后得到的原始數(shù)據(jù)再進行補油修正、異常數(shù)據(jù)點剔除等預(yù)處理；步驟三、由步驟(2)獲得的油液光譜分析數(shù)據(jù)，首先對數(shù)據(jù)庫進行更新，即添加最新數(shù)據(jù)以后，要刪除最老的一組數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)大小不變；然后將更新后的油液分析數(shù)據(jù)庫，按照3σ方法制定往復(fù)機械油液分析界限值，其油液分析金屬元素濃度界限值表達(dá)式如表1所示，表1正常濃度界鳘戒濃度界限故障濃度界限值下限值下兩__限值下限根據(jù)表1所示的警戒濃度界限值下限和故障濃度界限值下限表達(dá)式，可以得金屬元素濃度界限值范圍如表2所示；表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上述表格中，TNC為正常界限值的下限值；T/為正常界限值的上限值，同時也是警戒界限值的下限值；T/為故障界限值的下限值；σ為樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計量的均方差；步驟四、根據(jù)金屬元素濃度界限值范圍，可以初步判斷油液分析結(jié)果是否超出故障標(biāo)準(zhǔn)，如果在正常界限值范圍內(nèi)，則繼續(xù)運行設(shè)備；如果超出正常界限值上限范圍，則需進行故障診斷。如圖6所示，上述步驟(5)中的故障診斷方法包括以下步驟步驟一、根據(jù)往復(fù)機械實驗系統(tǒng)采集到的油液分析數(shù)據(jù)及各傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進行幅值信號監(jiān)測和相位信號監(jiān)測，并參照已制定的相位信號界限值和幅值信號界限值，判斷采集的數(shù)據(jù)是否超出正常相位和幅值的界限值上限，若沒有超出，則繼續(xù)運行設(shè)備；若超出正常界限值上限，則進行相位偏移和幅值數(shù)據(jù)量化處理；各傳感器采集到的數(shù)據(jù)有振動傳感器采集的振動數(shù)據(jù)、超聲波傳感器采集得到的高頻振動數(shù)據(jù)、壓力傳感器采集的汽缸壓力數(shù)據(jù)、電壓傳感器采集的點火電壓數(shù)據(jù)以及溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)；步驟二、經(jīng)所述步驟一進行量化處理后，根據(jù)模糊評判方法，建立幅值信號的評判矩陣，利用等級劃分表(如表3所示)，取“S”型經(jīng)驗分布型隸屬函數(shù)，確定各考慮因素獲得第j種評語的隸屬函數(shù)；考慮到評判過程中各主要因素對評判作用的權(quán)重各不相同，同樣用隸屬函數(shù)的形式對基本因素u/做出評判，從而得到幅值信號模糊評判矩陣；對于相位信號，按照同樣的方法進行處理，同樣得到相位信號模糊評判矩陣；表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>V/(ii)當(dāng)滿足建模條件max(Atk)/Hiin(Atk)<1.5時，則按照差商法灰色建模的方法進行灰色建模；若不滿足建模條件，則對取樣時刻進行等間隔化處理；(iii)經(jīng)間隔化處理后，判斷取樣數(shù)據(jù)規(guī)則是否平滑，若數(shù)據(jù)規(guī)則平滑，則可以按照時序擬合法的灰色建模方法進行建模；若數(shù)據(jù)規(guī)則具有波動性，則利用改進的基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法進行灰色建模；(iv)上述各步驟中的差商法、時序擬合法和基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法灰色建模后，都要進行擬合精度檢驗，若檢驗合格，則可以進行灰色預(yù)測；若檢驗不合格，則改變建模維數(shù)重新進行建模，直至滿足擬合精度要求。上述各實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在本
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案上的變化和改進，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。權(quán)利要求一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法，其步驟如下(1)設(shè)置一包括往復(fù)式發(fā)動機、取油裝置、油液預(yù)處理器、油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊、故障診斷模塊、磁電傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、信號調(diào)理箱、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)據(jù)采集模塊的故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)；(2)啟動往復(fù)機械，由數(shù)據(jù)采集模塊采集磁電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號，并判斷脈沖信號內(nèi)是否有曲軸相位信號；當(dāng)沒有曲軸相位信號時，重新啟動往復(fù)機械；當(dāng)檢測到曲軸相位信號時，各傳感器開始采集信號；(3)數(shù)據(jù)采集模塊完成信號數(shù)據(jù)采集，并將信號送入故障診斷模塊內(nèi)；同時，數(shù)據(jù)采集模塊完成所有信號采集后，回到初始狀態(tài)等待重復(fù)采集命令；(4)在往復(fù)機械工作狀態(tài)下，取油裝置由油底殼放油口處取出動態(tài)油樣，對油樣進行預(yù)處理后，經(jīng)過油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊將油液中金屬元素濃度值再經(jīng)預(yù)處理，送入故障診斷模塊內(nèi)；(5)故障診斷模塊根據(jù)各傳感器數(shù)據(jù)和油液分析數(shù)據(jù)對其內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進行更新，更新后的數(shù)據(jù)庫按照3σ方法進行相位信號界限值和幅值界限值重新制定；(6)在故障診斷模塊內(nèi)，通過比較數(shù)據(jù)相位關(guān)系、數(shù)據(jù)幅值大小的量化信息，結(jié)合往復(fù)機械的故障界限值和實際故障庫，對往復(fù)機械當(dāng)前狀態(tài)進行診斷；若診斷結(jié)果正常，則設(shè)備繼續(xù)運行；若診斷結(jié)果異常，則由故障診斷模塊進行故障監(jiān)測和預(yù)報。2.如權(quán)利要求1所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法，其特征在于所述步驟(6)中的所述故障診斷的方法包括以下步驟(1)根據(jù)油液分析數(shù)據(jù)及各傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并參照已制定的相位信號界限值和幅值信號界限值，判斷采集數(shù)據(jù)是否超出正常相位和幅值的界限值上限，若沒有超出，則繼續(xù)運行設(shè)備；若超出，則進行相位偏移和幅值數(shù)據(jù)量化處理；(2)經(jīng)所述步驟一進行量化處理后，根據(jù)模糊評判方法，建立幅值信號的評判矩陣；利用隸屬函數(shù)的形式對基本因素做出評判，分別得到幅值信號和相位信號模糊評判矩陣；(3)根據(jù)模糊評判矩陣，若評判結(jié)果正常，則設(shè)備繼續(xù)運行；若評判結(jié)果為警戒，則利用灰色建模方法對各因素集進行灰色建模，并進行故障預(yù)報；若模糊評判結(jié)果為故障，則分別對幅值和相位的評判矩陣進行加權(quán)處理，并利用模糊綜合評判方法再次進行判斷，結(jié)果仍然出現(xiàn)故障，則給出故障結(jié)論，結(jié)果正常，則繼續(xù)運行設(shè)備。3.如權(quán)利要求2所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法，其特征在于所述故障診斷方法中的故障預(yù)報是基于建模數(shù)據(jù)變化規(guī)律的灰色建模方法，所述灰色建模方法包括以下步驟(1)對于非等間距的取樣數(shù)據(jù)，根據(jù)級比條件判斷取樣數(shù)據(jù)是否滿足級比要求，若不滿足，則對元素濃度進行對數(shù)化處理后重新判定；若滿足，則繼續(xù)判斷是否滿足建模條件；(2)當(dāng)滿足建模條件時，則按照差商法灰色建模的方法進行灰色建模；若不滿足建模條件，則對取樣時刻進行等間隔化處理；(3)經(jīng)間隔化處理后，判斷取樣數(shù)據(jù)規(guī)則是否平滑，若數(shù)據(jù)規(guī)則平滑，則可以按照時序擬合法的灰色建模方法進行建模；若數(shù)據(jù)規(guī)則具有波動性，則利用改進的基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法進行灰色建模；(4)所述差商法、時序擬合法和基于數(shù)據(jù)變化規(guī)律的時序擬合法灰色建模后，都要進行擬合精度檢驗，若檢驗合格，則可以進行灰色預(yù)測；若檢驗不合格，則改變建模維數(shù)重新進行建模，直至滿足擬合精度要求。4.如權(quán)利要求3所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法，其特征在于所述級比條件為吉，e點“)，其中，S為級比函數(shù)，η為樣本數(shù)據(jù)的數(shù)量；所述建模條件為max(Atk)/min(Atk)<1.5，其中Atk為采樣間隔時間。5.一種實現(xiàn)如權(quán)利要求1或2或3或4所述的動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于它包括一設(shè)置在試驗臺支架上的往復(fù)式發(fā)動機，所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)油底殼的放油口處經(jīng)一取油裝置后，依次連接一油液預(yù)處理器和一油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊，所述油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊的輸出端連接一故障診斷模塊；所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)的飛輪和火花塞分別連接一磁電傳感器和一電壓傳感器；所述往復(fù)式發(fā)動機內(nèi)氣缸頂部的火花塞安裝孔連接一壓力傳感器，所述氣缸的出氣口連接一溫度傳感器，所述氣缸的頂部連接一振動傳感器和一超聲波傳感器，所有所述傳感器將檢測到的信號都經(jīng)過電纜輸入一信號調(diào)理箱；所述信號調(diào)理箱的輸出端經(jīng)一模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)據(jù)采集模塊后，送入所述故障診斷模塊。6.如權(quán)利要求5所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于所述取油裝置包括一取樣接頭，所述取樣轉(zhuǎn)接頭的輸入端穿過往復(fù)發(fā)動機內(nèi)油底殼底部，且與所述油底殼底部為螺紋連接，所述取樣接頭的輸出端螺紋連接一快速接頭的輸入端，所述快速接頭的輸出端螺紋連接一取樣油管的輸入端，所述取樣油管的輸出端與一球形閥門螺紋連接，所述球形閥門的輸出端螺紋連接一噴油嘴；所述球形閥門上設(shè)置有一開關(guān)手柄。7.如權(quán)利要求6所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于所述取樣接頭與所述油底殼底部連接處，以及所述取樣油管的輸出端與所述球形閥門連接處均設(shè)置有一密封墊；所述取樣接頭的輸出端與所述取樣油管的輸入端連接處設(shè)置有一O型密封圈。8.如權(quán)利要求6或7所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于所述取樣接頭頂部伸入油底殼內(nèi)的高度為80100mm，且在該頂部設(shè)置有三組以上的孔洞。9.如權(quán)利要求5或6或7所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)理箱內(nèi)設(shè)置有兩個低通濾波器、一個頻壓轉(zhuǎn)換模塊、四個電壓隔離模塊、兩個帶通濾波器、一個電流隔離模塊、一個信號衰減模塊和一個電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊；所述磁電傳感器和壓力傳感器將檢測到的信號分別經(jīng)一所述低通濾波器后，分別輸入所述頻壓轉(zhuǎn)換模塊和一所述電壓隔離模塊；所述振動傳感器和超聲波傳感器檢測到的信號分別經(jīng)一所述帶通濾波器后，分別輸入一所述電壓隔離模塊和電流隔離模塊，并經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集；所述電壓傳感器和溫度傳感器檢測到的信號分別經(jīng)所述信號衰減模塊和電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊后，分別輸入一所述電壓隔離模塊，經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集。10.如權(quán)利要求8所述的一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)理箱內(nèi)設(shè)置有兩個低通濾波器、一個頻壓轉(zhuǎn)換模塊、四個電壓隔離模塊、兩個帶通濾波器、一個電流隔離模塊、一個信號衰減模塊和一個電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊；所述磁電傳感器和壓力傳感器將檢測到的信號分別經(jīng)一所述低通濾波器后，分別輸入所述頻壓轉(zhuǎn)換模塊和一所述電壓隔離模塊；所述振動傳感器和超聲波傳感器檢測到的信號分別經(jīng)一所述帶通濾波器后，分別輸入一所述電壓隔離模塊和電流隔離模塊，并經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集；所述電壓傳感器和溫度傳感器檢測到的信號分別經(jīng)所述信號衰減模塊和電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊后，分別輸入一所述電壓隔離模塊，經(jīng)所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊由所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采集。全文摘要本發(fā)明涉及一種動力設(shè)備故障監(jiān)測預(yù)報方法及其系統(tǒng)，(1)設(shè)置一包括往復(fù)式發(fā)動機、取油裝置、油液預(yù)處理器、油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊、故障診斷模塊、磁電傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、信號調(diào)理箱、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)據(jù)采集模塊的故障監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)；(2)由數(shù)據(jù)采集模塊采集曲軸相位信號，使各傳感器開始采集信號；(3)將采集到的信號送入故障診斷模塊內(nèi)；(4)取油裝置取出動態(tài)油樣，經(jīng)油液數(shù)據(jù)分析存儲模塊將油液中金屬元素濃度值送入故障診斷模塊；(5)制定相位信號和幅值界限值；(6)故障診斷模塊對往復(fù)機械狀態(tài)進行故障監(jiān)測和預(yù)報。本發(fā)明采集手段全面，并能滿足故障預(yù)報及監(jiān)測功能，診斷精度較高。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種往復(fù)機械設(shè)備中。文檔編號G01M13/00GK101799359SQ20101010127公開日2010年8月11日申請日期2010年1月27日優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日發(fā)明者徐小力,王立勇,王紅軍,谷玉海申請人:北京信息科技大學(xué)