quantitative the vibration intensity and temperature signals that contain rich informations and do a research on more effective energy and variance of low frequency band. By this way, we can explain the temperature and vibration’s lag and establish state monitoring methods applying to the motor.
(3) The object which we researched will be divided into unit in general. each local unit can obtain reliable data, so this provide a guarantee to analysis of the temperature distribution of the induction motor. We use CAD to build motor geometry model, we established the induction motor’s model which described the rise of temperature and heat loss and get a function between the voltage and measuring temperature.we can use this to quickly find motor’s internal fault points.
This paper puts forward that the seasonal factors on bridge influence the temperature of the motor and the relationship between the motor low frequency temperature and vibration. When its failed, the numerical relations will be big fluctuations. We fitting out the function between the motor temperature and working voltage.
Keywords: bridge cranes motor, Low frequency temperature, Wavelet energy spectrum, Health evaluation, Finite element temperature field
Jia xiu qun(Mechanical and Electrical Engineering)
Directed by Prof. Hu Xiong
目 录
第一章
绪论 ..........................................................................................................1 1.1 论文背景及意义 ........................................................................................1 1.2 港口起重机械故障诊断技术 .....................................................................1
1.2.1港口起重机械故障诊断和状态测评的发展 .......................................1 1.2.2港口起重机械故障诊断的主要内容 ..................................................2 1.3 电机状态监测与故障类型 .........................................................................3
1.3.1电机状态监测的主要内容 .................................................................3 1.3.2电机故障的主要类型 ........................................................................4 1.4 电机过热故障 ............................................................................................4
1.4.1电机过热故障的原因 ........................................................................4 1.4.2研究电机过热故障的意义及目前存在的问题 ...................................5 1.5 论文的主要工作 ........................................................................................6 第二章
数据来源及预处理技术 .............................................................................7
2.1 数据来源 ...................................................................................................7
2.1.1 现场介绍 .........................................................................................7 2.1.2 信号采集的硬件及软件 ...................................................................8 2.1.3 桥吊电机测点介绍 ........................................................................ 10 2.1.4 采集数据信息的特点 .................................................................... 11 2.2 数据预处理技术 ...................................................................................... 11
2.2.1 NetCAMS系统处理技术 .................................................................. 12 2.2.2 经验模态分解(EMD)方法 ............................................................... 13
第三章
小波包分析原理 ...................................................................................... 15
3.1 小波包分析理论 ........................................................................................ 15 3.2 小波包的正交性质 .................................................................................... 16 3.3 小波包的子空间分解 ................................................................................. 16 3.4小波基函数的选择 ..................................................................................... 17 3.5小波包能量 ................................................................................................ 19 第四章
桥吊电机低频温度相关性研究 ................................................................ 21
4.1 电机低频温度与振动的相关性研究 ........................................................... 21
4.1.1 基于小波包分解的桥吊电机信号的能量提取 .................................. 21 4.1.2 EMD处理和电机低频温度与振动的关联研究 ................................. 25 4.1.3 结论 ................................................................................................. 28
4.2 电机低频温度与外界温度的相关性研究 .................................................... 29 第五章
桥吊电机温度关联的内部参数有限元分析 ............................................. 31
5.1 电机温度场的有限元分析背景 .................................................................. 31 5.2 感应电机热分析的数学模型 ..................................................................... 33
5.2.1 热传导定律 .................................................................................... 33 5.2.2导热微分方程式的边界条件 ........................................................... 36 5.2.3电机二维温度场分析的数学模型 .................................................... 37 5.2.4电机内的功率损耗 .......................................................................... 38 5.2.5电机内部换热条件 .......................................................................... 39 5.3 温度场有限元计算的主要步骤 .................................................................. 43 第六章
结论与展望 ............................................................................................. 46
6.1 结论 .......................................................................................................... 46 6.2 进一步的工作 ............................................................................................ 46 致谢 ......................................................................................................................... 48 参考文献 .................................................................................................................. 48 附录1 数据处理程序............................................................................................. 51 附录2 电机的参数 ................................................................................................ 53 附录3 攻读硕士学位期间完成的科研论文及有关科研项目 ................................. 54
上海海事大学硕士毕业论文
第一章 绪论
1.1 论文背景及意义
上海国际航运中心的不断建设，带来上海港口吞吐量与日俱增，同时伴随着我国集装箱运输业的蓬勃发展，集装箱运输在国际化的大潮中扮演的角色越来越重要。岸边集装箱起重机（简称桥吊）在港口装卸中的作用日益凸显，保证其正常工作已经成为港口设备管理的重要任务。
桥吊一旦发生故障就会造成巨大的经济损失，但其工作环境恶劣，连续性较大，受力十分复杂，特别是电机部分经常连续工作，因而容易出现问题，影响整个货物运输的效益，单独的更换电机显然不是解决问题的恰当方式，如果能对电机的工作状态进行有效预测，准确掌握起重机械的动态信息，就可以避免电机出现较大问题、延误生产，从而减少不必要的经济损失。但由于桥吊电机的实时信号经常是随机和不稳定的，因而从中提取有价值的信息并进行分析，变得尤为困难[1]。
电机的故障机理非常复杂，我们运用单一的信息，比如温度等信号，来判断电机的运行情况和工作状态具有很大的不确定性和发展趋势未知性。所以需要综合分析众多的信息或者建立一整套运行状态监测系统，来对桥吊电机的运行情况进行综合评价。这样就要求我们应不断地完善相关的理论，在以前的基础上进一步完善相关研究。及时准确的把握电机的动态性能，减少损失。因此，对桥吊电机的运行情况的监测和评估越来越凸显重要意义[2]。
1.2 港口起重机械故障诊断技术
1.2.1港口起重机械故障诊断和状态测评的发展
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上海海事大学硕士毕业论文
由于港口起重机械的特殊地位，港口起重机械的故障诊断和状态监测技术历来被世界各国的工程师及相关人员所重视。1989年，IHI公司为横滨港设计并研发了一种针对起重机械的计算机监测管理系统，借助于计算机的帮助，它能方便的实现对集装箱装卸机械的全面监控并作出预警，而且能对故障隐患作出判断及时解决。1993年，日木三井报道了一种新的起重机状态监测系统，这个系统可以对起重机械的工作状况进行监测，同时可以对部分结构监测，并具有数据自动保存和及时分析的功能。
目前在我国港口机械普遍的情况中，对系统运行状态进行监控和故障显示，电气控制系统可以做到。而缺少的是对结构、机构运行状况运行监测的手段。例如，设备运行一个时期后，不能对结构状态进行判别，从而使机构、结构的故障隐患不能预警和判别，势必会造成对港机运行的严重威胁。为此，在港机上安装一套监测机械设备运行状态与安全性评估的系统，能随时监测港机上各个电动机，减速箱和整体金属结构的性能状态，以便能够早发现故障前兆，并及时排除故障，保证港机的正常作业，成了港口设备管理部门的要求[3,4,5]。
《网络型起重机状态监评系统（NetCAMS）》是由上海海事大学上海港口机械质量监督检验测试中心为满足港口的上述要求自行研制的，得到了国内外港口装卸设备制造商和港口码头的认可，并在多家码头得到了应用。其主要包括以下监评项目：（1）轨道振动和铰点冲击振动，（2）起升机构、小车牵引电机、减速箱等运行状态，（3）整机结构的三维晃动状态，（4）结构件动载强度与动载刚度等。该系统可以对港机的这些项目经行测算评价，从而掌握起重机械的运行状况和技术性能。
1.2.2港口起重机械故障诊断的主要内容
港口起重机故障诊断与状态监测就是利用机械运行信息的变化，判断出来设备运行状态的科学。其包括的内容为：
1.故障机理确定
确定发生故障的机理是我们诊断监测故障的客观基础和依据。港机设备运行中状态信号变化能够反映出设备的异常或故障。在监测与诊断的过程中，设备是不能停机的，这就要求必须从状态信号出发，研究设备的问
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