装甲车辆故障诊断技术

　　本书系统全面地介绍了装甲车辆的常见故障及其机理、性能及状态检测技术，分析归纳了装甲车辆常用的状态信号分析处理方法、故障诊断方法及其关键系统的状态评估与典型故障的诊断案例等内容。最后介绍了几种典型的针对装甲车辆发动机、综合传动装置及底盘机械液压系统的故障诊断系统的功能、特点及系统结构，提出了装甲车辆故障预测与健康管理系统的发展展望。本书具有系统性强、原理与应用并重、通俗易懂、实用性强等特点，可作为高等院校机械、车辆、兵器、舰船等专业师生的教学用书，以及工程技术人员进行继续工程教育的教材，也可作为机械工程及设备维护管理方面工程技术人员的参考书。

　　郑长松，博士，副教授。北京理工大学教师，长期从事装甲车辆传动技术、信息融合技术与故障诊断技术的教学与科研工作。主持国家自然科学基金、武器装备预研、国防科工局基础产品创新科研、武器装备预研基金、中油济柴液力行星变速箱开发等科研项目30余项，承担了履带车辆用轻中型综合传动装置的主要设计工作；发表论文80余篇，其中SCI/EI收录15篇。获国防科学技术进步奖一等奖1项。冯辅周，博士，教授，博士生导师，大校军衔。装备故障预测与健康管理技术领域专家，长期从事坦克装甲车辆性能及状态的检测、评估、诊断、预测及健康管理等技术相关的教学与科研工作。主持国家自然科学基金、武器装备预研基金、武器装备预研、军队计划科研等项目50余项，发表论文239篇，其中SCI/EI收录52篇，获国家发明专利10余项；先后主持完成原总装备部研究生精品教材《军用车辆故障诊断学》《水电机组运行设备监测诊断技术及应用》等著作，译著《基于模型的混合系统监测》。获教育部科技进步二等奖1项，中国机械工业科学技术进步奖二等奖1项，军队科技进步一等奖1项、二等奖4项。

第１章　绪　论001
１．１　故障诊断的相关概念004
１．１．１　故障模式004
１．１．２　故障模式、影响及其危害性分析005
１．１．３　故障诊断005
１．１．４　故障机理005
１．１．５　测试性006
１．１．６　故障检测率006
１．１．７　故障隔离率007
１．１．８　虚警率007
１．１．９　故障等级和危害度007
１．１．１０　平均故障间隔时间008
１．１．１１　检测参数008
１．１．１２　特征参量008
１．１．１３　评估指标008
１．１．１４　状态评估008
１．１．１５　故障预测与健康管理009
１．１．１６　故障与失效009
１．２　设备故障诊断的意义009
１．２．１　提高设备的安全性和可靠性，保证设备具有足够高的
完好率010
１．２．２　降低维修费用，获取间接的经济效益010
１．２．３　避免重大事故的发生，将带来显著的社会效益011
１．３　故障诊断技术国内外研究状况011
１．３．１　国外设备故障诊断技术研究状况012
１．３．２　国内设备故障诊断技术研究状况015
１．３．３　故障诊断技术的发展趋势018
１．４　装甲车辆的基本构成及特点019
１．４．１　环境恶劣、危险021
１．４．２　工作载荷复杂多变021
１．４．３　必须具备持续作战的能力021
１．５　装甲车辆故障诊断的特点、研究目的和范围022
１．５．１　装甲车辆常见故障模式及故障诊断的特点022
１．５．２　装甲车辆故障诊断的研究目的和范围023
第２章　装甲车辆常见故障模式及其机理025
２．１　常用的动力学建模分析方法027
２．１．１　有限元模型028
２．１．２　ＡＤＡＭＳ建模029
２．１．３　集中质量参数模型030
２．１．４　状态变量模型030
２．２　装甲车辆柴油发动机常见故障模式及机理033
２．２．１　柴油发动机常见故障033
２．２．２　柴油发动机轴瓦磨损机理分析035
２．２．３　柴油发动机敲缸故障机理分析037
２．２．４　柴油发动机拉缸故障机理分析039
２．２．５　柴油发动机高压油路故障机理分析042
２．３　装甲车辆变速箱常见故障模式及机理045
２．３．１　变速箱常见故障模式045
２．３．２　齿轮裂纹故障机理分析048
２．３．３　齿轮断齿故障机理分析061
２．３．４　传动轴松动故障机理分析064
２．３．５　轴不平衡机理分析073
２．３．６　轴不对中故障机理分析074
２．３．７　轴承振动故障机理分析076
２．４　装甲车辆综合传动装置常见故障模式及机理079
２．４．１　综合传动装置常见故障模式079
２．４．２　综合传动装置典型液压系统故障机理082
２．４．３　锥齿轮磨损故障机理092
２．４．４　箱体的固有频率耦合问题094
２．４．５　带排故障机理098
２．４．６　汇流行星排滚针轴承磨损故障机理099
第３章　装甲车辆状态参数测试技术105
３．１　概述106
３．１．１　测试技术概念106
３．１．２　装甲车辆状态测试的重要性107
３．２　装甲车辆状态参数的确定107
３．２．１　装甲车辆状态参数分类107
３．２．２　测试参数的选择原则109
３．３　装甲车辆主要性能参数测试技术110
３．３．１　转速测试110
３．３．２　扭矩测试115
３．３．３　运动速度测试124
３．３．４　油耗测试127
３．４　装甲车辆振动测试132
３．４．１　概述132
３．４．２　振动加速度传感器133
３．４．３　振动速度传感器149
３．４．４　振动测试的应用实例151
３．５　装甲车辆噪声测试155
３．５．１　概述155
３．５．２　声学测试仪器155
３．５．３　噪声测试应用实例161
３．６　装甲车辆油液分析技术164
３．６．１　概述164
３．６．２　油液理化指标分析166
３．６．３　颗粒计数法167
３．６．４　光谱分析法167
３．６．５　铁谱分析法175
３．７　装甲车辆压力测试183
３．７．１　常用的压力检测仪表184
３．７．２　机油压力测试187
３．７．３　进气真空度188
３．７．４　气缸压缩压力189
３．７．５　液压系统压力192
３．７．６　柴油发动机燃油压力193
３．８　其他参数测试技术195
３．８．１　温度测试196
３．８．２　位移测试201
３．８．３　气体成分分析207
３．８．４　烟度测量208
３．８．５　起动电流测试208
第４章　装甲车辆状态信号的常用处理方法211
４．１　概述212
４．１．１　特征计算或形成213
４．１．２　特征提取213
４．１．３　特征选择213
４．２　装甲车辆状态信号的预处理及采集214
４．２．１　信号预处理及采集的基本步骤214
４．２．２　连续时间信号的采样及采样定理215
４．２．３　量化和量化误差221
４．２．４　截断、泄漏与窗函数224
４．３　信号的幅域分析及其特征参量计算229
４．３．１　简单统计特征参量229
４．３．２　高阶统计特征参量231
４．３．３　幅域无量纲特征参数233
４．３．４　随机信号的概率密度函数234
４．４　信号的时域分析方法及其特征参量计算236
４．４．１　时域波形分析236
４．４．２　时域相加平均239
４．４．３　自相关分析240
４．４．４　互相关分析244
４．４．５　时间序列分析———ＡＲＭＡ模型249
４．４．６　信号的熵特征分析257
４．４．７　信号的包络分析265
４．５　信号的频域分析方法及其特征参量计算270
４．５．１　离散傅里叶变换270
４．５．２　阶次比分析275
４．５．３　频谱的三维分析279
４．５．４　相干函数282
４．５．５　倒频谱285
４．５．６　极大熵谱287
４．６　时频域分析方法及其特征参量计算289
４．６．１　从傅里叶变换到时频域分析290
４．６．２　短时傅里叶分析292
４．６．３　小波变换297
４．６．４　Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ变换305
４．６．５　各种变换之间的比较309
４．６．６　分形及其计算方法311
第５章　装甲车辆的常用故障诊断方法319
５．１　概述321
５．１．１　按诊断的目的和要求划分321
５．１．２　按故障诊断和状态识别方法提出及应用的先后
顺序划分322
５．１．３　按故障诊断模型的实现途径划分323
５．１．４　机器学习324
５．２　基于数据驱动的故障诊断方法328
５．２．１　贝叶斯分类法328
５．２．２　距离函数分类法333
５．２．３　灰色理论诊断法336
５．２．４　时间序列模型分析法341
５．２．５　逐步判别分析法341
５．２．６　随机森林分析方法346
５．２．７　模糊诊断法353
５．２．８　支持向量机模型359
５．２．９　聚类分析373
５．２．１０　隐马尔可夫模型（ＨＭＭ）376
５．２．１１　人工神经网络模型407
５．２．１２　量子神经网络模型416
５．３　基于知识的故障诊断方法425
５．３．１　基于人工经验的状态识别425
５．３．２　模式匹配分析法425
５．３．３　基于案例推理的诊断426
５．３．４　故障树分析法430
５．３．５　基于测试性分析的诊断策略构建437
５．３．６　专家系统443
５．４　故障诊断技术的发展趋势446
５．４．１　复合智能故障诊断技术研究446
５．４．２　基于因特网和无线数据传输技术的远程协作
诊断技术研究446
５．４．３　复合智能仿生故障诊断技术研究447
第６章　装甲车辆关键系统的状态评估与典型故障的诊断449
６．１　装甲车辆典型状态信号的特征分析及应用451
６．１．１　基于瞬时转速信号的柴油发动机原位加速性能
指标提取451
６．１．２　基于振动信号的烈度特征计算461
６．１．３　柴油发动机起动性能相关的特征提取465
６．１．４　燃油喷射系统性能检测及特征提取468
６．２　装甲车辆柴油发动机的状态评估474
６．２．１　装甲车辆柴油发动机技术状况评估的基本
内容与步骤475
６．２．２　装甲车辆柴油发动机技术状况检测参数与评估
指标的确定476
６．２．３　装甲车辆柴油发动机技术状况基准样本模式的建立480
６．２．４　装甲车辆柴油发动机技术状况评估指标获取482
６．２．５　装甲车辆柴油发动机技术状况的评估模型487
６．３　装甲车辆柴油发动机失火故障诊断498
６．３．１　柴油发动机排气噪声检测498
６．３．２　柴油发动机排气噪声的特点499
６．３．３　信号预处理499
６．３．４　失火前后噪声信号的对比分析501
６．３．５　提取噪声峰－谷值间隔信号503
６．３．６　特征参数提取504
６．３．７　失火故障模糊判别504
６．４　装甲车辆传动箱典型故障的检测与诊断505
６．４．１　概述505
６．４．２　滚动轴承的检测诊断505
６．４．３　齿轮的检测诊断511
６．４．４　军用车辆传动系统故障诊断实例517
６．５　装甲车辆变速箱典型故障的诊断519
６．５．１　概述519
６．５．２　变速箱的基本结构525
６．５．３　基于包络解调分析的变速箱齿轮断齿故障的诊断527
６．５．４　基于支持向量聚类的变速箱状态判别531
６．６　装甲车辆行星变速箱的故障特征提取与诊断541
６．６．１　概述541
６．６．２　行星变速箱结构及振动响应仿真541
６．６．３　行星变速箱典型故障模拟试验559
６．６．４　行星变速箱典型故障特征提取564
６．７　装甲车辆综合传动装置的状态评估与故障诊断574
６．７．１　概述574
６．７．２　某型综合传动箱结构577
６．７．３　某型综合传动箱振动信号分析579
６．７．４　综合传动箱状态评估标准的建立582
６．７．５　综合传动箱劣化规律研究594
第７章　装甲车辆故障诊断技术的实施模式及典型应用597
７．１　设备状态检测与故障诊断系统的基本原理与组成599
７．２　便携式综合传动装置检测与诊断系统600
７．２．１　系统的功能与特点601
７．２．２　系统硬件组成604
７．２．３　系统软件组成608
７．２．４　系统的应用612
７．３　装甲车辆底盘集成测试与分析系统617
７．３．１　系统组成617
７．３．２　综合测试系统的软件功能618
７．３．３　系统状态评估与故障诊断软件623
７．４　集成式通用装备机械液压系统综合检测平台625
７．４．１　平台的功能及特点625
７．４．２　平台的主要硬件组成628
７．４．３　平台软件应用及操作步骤630
７．５　装甲车辆ＰＨＭ技术及应用展望637
７．５．１　故障预测与健康管理的概念内涵及关键技术637
７．５．２　装甲车辆ＰＨＭ系统的应用需求及总体方案640
７．５．３　装甲车辆ＰＨＭ系统样机648
７．５．４　装甲车辆ＰＨＭ技术研究与应用展望667
参考文献676
索　引687