基于階比分析的變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法研究.pdf

1、風(fēng)電機(jī)組、航空發(fā)動機(jī)、高鐵等大型裝備往往工作在變工況的環(huán)境中，其關(guān)鍵零部件軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等旋轉(zhuǎn)部件容易發(fā)生故障，一旦其發(fā)生故障將影響裝備的運(yùn)行，甚至引發(fā)災(zāi)難性的事故，因此需要對軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。對于軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，振動診斷是常用也是最有效的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法。但是傳統(tǒng)的振動診斷方法主要針對平穩(wěn)信號，無法適用于變轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷。而階比分析能夠很好地反映與轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動

2、，在變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中具有優(yōu)勢。但是階比分析在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中還存在一些問題，如：轉(zhuǎn)速曲線的精確計算、變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動特征無法有效表征導(dǎo)致故障識別精度低、變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的全息瀑布誤差大等問題。
　　本文進(jìn)行了轉(zhuǎn)速曲線精確計算的研究。針對有轉(zhuǎn)速計情況下計算得到的轉(zhuǎn)速與實際有一定偏差的問題，研究了基于一階數(shù)值微分和最小二乘五點(diǎn)三次平滑的轉(zhuǎn)速曲線計算方法。首先采用拉格朗日插值獲得脈沖閾值的精確時刻，然后采用一階數(shù)值微分獲得初

3、始轉(zhuǎn)速曲線，最后采用最小二乘五點(diǎn)三次平滑獲得精確的轉(zhuǎn)速曲線。針對無轉(zhuǎn)速計下利用時頻變換估計轉(zhuǎn)速存在精度低、抗噪聲能力差的問題，提出了基于時頻融合的轉(zhuǎn)速曲線計算方法。首先分別用短時傅立葉變換和Winger-Ville分布將振動信號變換到時頻域，然后對兩個時頻矩陣歸一化處理后進(jìn)行融合，最后再用基于代價函數(shù)的方法搜素時頻脊線得到轉(zhuǎn)速曲線。針對變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動特征無法有效表征導(dǎo)致故障識別精度低的問題，提出了基于階比重采樣和流形學(xué)習(xí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故

4、障診斷方法。研究了重采樣時刻的計算，角域重采樣等階比重采樣過程中的關(guān)鍵技術(shù)。利用階比重采樣技術(shù)將非平穩(wěn)的等時間間隔信號轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)的等角度信號。研究了有效表征變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)特征集的提取。對原始等角度信號和等角度信號 EMD分解后的 IMF分量提取無量綱的時域統(tǒng)計特征構(gòu)成高維特征集，針對高維特征集存在特征沖突、信息冗余的問題，采用自適應(yīng)鄰域局部切空間排列流形學(xué)習(xí)對高維統(tǒng)計特征集降維處理，并將降維以后的特征信息采用k近鄰分類器識別故障

5、。針對變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的全息瀑布誤差大無法有效進(jìn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷的問題，提出了基于階比分量融合的全息瀑布轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷方法。研究了基于角位移的Vold-Kalman階比分析，構(gòu)造了以狀態(tài)方程和觀測方程為基礎(chǔ)的振動信號模型實現(xiàn)多階比分量的同時提取。由提取的包絡(luò)波形和時域波形計算各鍵相點(diǎn)的幅值相位信息。然后由相互垂直的 X、Y通道鍵相點(diǎn)的幅值相位信息計算出全息譜參數(shù)得到能夠?qū)D(zhuǎn)子系統(tǒng)做出有效診斷的全息瀑布。研發(fā)了基于階比分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障