一种采煤机摇臂振动传感器优化布置方法

摘要

本发明公开了一种监测采煤机摇臂振动信号的传感器优化布置方法。该方法首先建立采煤机摇臂壳体的有限元模型；再进行基于功率流方法的最优布置点的区域划分；初选出传感器的监测点，然后运用粒子群优化算法，基于模态置信准则，对传感器的数量和具体监测点进行优化计算，得到振动传感器的优化布置结果。该方法具有普适性，一方面保证了各传感器测量信号的有效性，另一方面也保证了各监测点的模态向量有较大的空间交角，可满足采煤机摇臂的在线监测和故障诊断的要求。

主权项

一种采煤机摇臂振动传感器优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立摇臂壳体的有限元模型；(2)基于功率流方法的可布置区域划分；21)运用有限元分析软件对摇臂壳体进行谐响应分析，得到每个单元的受力；22)提取每个单元的受力，根据板壳功率流理论计算出摇臂壳体中功率流分布；具体为：板壳单元横向振动的功率流表达式如下所示：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{x1}=<Q_x\stackrel{·}{w}{>}_t+<M_x{\stackrel{·}{\theta }}_y{>}_t-<M_{xy}{\stackrel{·}{\theta }}_x{>}_t\\ P_{y1}=<Q_y\stackrel{·}{w}{>}_t+<M_y{\stackrel{·}{\theta }}_x{>}_t-<M_{yx}{\stackrel{·}{\theta }}_y{>}_t\end{array}\right.;$式中，P_x1为x方向截面的横向功率流，P_y1为y方向截面的横向功率流，w为单元的z方向的位移，Q_x、Q_y分别为单元x方向和y方向的剪切力，M_x、M_y分别为单元x方向和y方向的弯矩，θ_x、θ_y分别为单元的x、y方向的角位移；板壳单元纵向振动的功率流表达式如下所示：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{x2}=<N_x\stackrel{·}{u}{>}_t+<N_{xy}\stackrel{·}{v}{>}_t\\ P_{y2}=<N_y\stackrel{·}{v}{>}_t+<N_{yx}\stackrel{·}{u}{>}_t\end{array}\right.;$式中，P_x2为x方向截面的纵向功率流，P_y2为y方向截面的纵向功率流，u、v分别为单元的x和y方向的位移，N_x，N_y和N_xy＝N_yx为单元所受的薄膜力；板壳单元总振动功率流表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{P}_x=<N_x\stackrel{·}{u}{>}_t+<N_{xy}\stackrel{·}{v}{>}_t+<Q_x\stackrel{·}{w}{>}_t+<M_x{\stackrel{·}{\theta }}_y{>}_t-<M_{xy}{\stackrel{·}{\theta }}_x{>}_t\\ P_y=<N_y\stackrel{·}{v}{>}_t+<N_{yx}\stackrel{·}{u}{>}_t+<Q_y\stackrel{·}{w}{>}_t-<M_y{\stackrel{·}{\theta }}_x{>}_t+<M_{yx}{\stackrel{·}{\theta }}_y{>}_t\end{array}\right.;$式中，P_x为x方向截面的总功率流，P_y为y方向截面的总功率流；23)根据功率流计算结果，划分出振动传感器的可布置区域；具体为：首先在ANSYS后处理器中编制程序提取每个单元节点的应力，然后分别根据板壳单元横向功率流、纵向功率流和总功率流编制计算程序，计算壳体中的功率流，最后绘制功率流云图和矢量图；(3)基于粒子群算法的传感器数量及位置优化31)根据步骤21)分析出的传感器可布置区域选取m个监测点作为初始监测点；32)运用有限元分析软件对摇臂壳体进行模态分析，得到m个监测点的各阶模态振型，并将所得到的各阶振型组成模态向量；33)根据模态置信准则(MAC)，从m个监测点中选取n个监测点作为摇臂壳体的监测点；具体为以MAC矩阵非对角元素最大值作为优化对象，以测点数为粒子，应用粒子群优化算法进行传感器位置寻优。