关键词:
模糊综合评判
多尺度
趋势预测
健康度
健康预测
摘要:
齿轮箱具有适用范围广的优势,被广泛应用于化工、石油、风电等领域,由于复杂的工作环境,且长期处于高负荷工作及受到剧烈的振动冲击,在维护不当的情况下,易发生故障,甚至造成恶性事故,以及重大经济损失。为了避免事故发生,保证齿轮箱健康稳定运行,采用油液监测技术监测油液理化与金属磨损问题,分析原因,及时采取措施预防或解决故障。但油液中存在冗杂信息,仅凭专家经验、模糊综合评价模型预测齿轮箱健康状态,存在准确率低的问题。由于BP(back propagation)神经网络具有自适应能力强、泛化能力好等优点,被广泛应用于机械健康预测领域,但易陷入局部最优解,因此结合具有全局寻优能力的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)、多尺度信息提取能力的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法优化BP神经网络,构建基于多尺度PSO-BP预测的齿轮箱健康参数模型,并结合具有客观性与针对性优势的趋势预测函数,联合预测齿轮箱的健康状态。(1)采用灰色关联分析确定影响齿轮箱健康状态的主要油液参数。本文通过质谱仪采集油液磨损、添加剂元素数据,应用红外油品检测仪及粘度计获取水分、酸值、氧化值与粘度。由于油液中存在无关数据,影响齿轮箱的健康预测结果,为剔除多余信息,采用灰色关联分析中初值法对油液数据进行无量纲化处理,以消除数据间因差值过大导致分析准确率下降的问题,接着对数据进行差序列计算,进而获得油液样本的关联系数矩阵,再对每种油液成分的关联系数求平均值,从而确定每种油液成分的关联度,通过灰色关联度选取影响齿轮箱运行的主要磨损元素、添加剂、理化参数,将其作为齿轮箱健康参数。(2)针对采用BP神经网络进行故障诊断时易陷入局部最优解,结合EMD与粒子群算法优化BP模型,建立基于多尺度PSO-BP预测的健康参数模型,提高分类准确率,获取样本残差。将已选健康参数信息置于BP神经网络输入端,将齿轮正常运行工况设定数字“1”置于神经网络输出端,应用粒子群算法中种群位置、适应度、速度、加速度优化BP神经网络,再采用EMD算法在BP输入端口建立多尺度信息提取通道,并以此构建基于多尺度PSO-BP预测的齿轮箱健康状态参数模型。结果表明,与BP预测模型、PSO-BP预测模型相比,健康状态参数模型的残差更小、预测准确率更高。将实验检测值与模型预测值进行比较获取样本残差,为预测齿轮箱健康状态做准备。(3)针对采用模糊综合评价模型进行齿轮箱健康状态预测存在准确率低的问题,因此提出健康度指标。将样本残差结合趋势预测函数构建基于趋势预测的齿轮箱健康状态预测模型,通过趋势预测函数对样本残差进行分析,结合健康度对齿轮箱健康状态进行等级评价,分为优、良、一般、较差与差五种健康状态;最后结合污染度分析、铁谱图像验证该模型的可靠性。结果表明,基于趋势预测的健康状态预测模型比模糊综合评价模型具有更高的准确率,分类准确度提高了40%,该模型为类似机械设备的健康预测提供参考。