基于最小熵解卷積的滾動(dòng)軸承故障診斷研究.pdf

1、能源電力、石油化工、鋼鐵冶金及其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的機(jī)械設(shè)備,不僅具有大型、高速、復(fù)雜、高效及重載的特點(diǎn),而且其工作和運(yùn)行環(huán)境十分復(fù)雜。這些設(shè)備一旦突然發(fā)生故障,不僅會(huì)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡事故,影響社會(huì)安定團(tuán)結(jié)發(fā)展的局面。因此,對(duì)此類設(shè)備開(kāi)展故障診斷技術(shù)研究具有重要的理論和工程意義。
　　如何在強(qiáng)噪聲背景下提取出真正的信號(hào)或者信號(hào)的特征并將其應(yīng)用于工程實(shí)際是機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的核心,也是故障診斷領(lǐng)域

2、的研究熱點(diǎn)。新方法和新理論的研究也層出不窮,對(duì)豐富和完善機(jī)械故障診斷技術(shù)起到了重要作用。本學(xué)位論文以滾動(dòng)軸承為研究對(duì)象,以最小熵解卷積理論為分析工具,深入研究和發(fā)展了基于最小熵解卷積方法的滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)新方法,并驗(yàn)證了工程應(yīng)用價(jià)值,取得了一定的效果。論文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)從理論分析與工程應(yīng)用的角度出發(fā),闡述了論文的選題背景和研究意義。分析了滾動(dòng)軸承故障診斷、信號(hào)分析與處理技術(shù)、最小熵解卷積方法等方面的國(guó)

3、內(nèi)外研究現(xiàn)狀,確立了本文的研究?jī)?nèi)容。
　　(2)介紹了最小熵解卷積及其相關(guān)基礎(chǔ)理論。首先,對(duì)熵和信息熵理論進(jìn)行了介紹,揭示其反映信號(hào)復(fù)雜度和不確定性的本質(zhì),然后在此基礎(chǔ)上介紹了熵在信號(hào)處理領(lǐng)域的應(yīng)用,其中重點(diǎn)介紹了幅值譜熵,再然后對(duì)FIR濾波器進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,最后介紹了最小熵解卷積理論及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
　　(3)理論分析了最小熵解卷積方法應(yīng)用于滾動(dòng)軸承故障診斷的原理,并進(jìn)行仿真研究。首先,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行了介紹,其中包括滾動(dòng)軸承

4、的結(jié)構(gòu)、滾動(dòng)軸承的故障類型以及滾動(dòng)軸承故障模型,然后對(duì)滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的診斷方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,其中包括時(shí)域指標(biāo)和包絡(luò)譜分析。結(jié)合滾動(dòng)軸承故障模型,論證了最小熵解卷積方法應(yīng)用于滾動(dòng)軸承故障診斷的原理,并利用軸承三種點(diǎn)蝕故障的仿真信號(hào)進(jìn)行了驗(yàn)證了即使在強(qiáng)噪聲干擾的環(huán)境下,最小熵解卷積方法依然能夠?qū)收闲畔⒑凸收咸卣鬟M(jìn)行有效提取,對(duì)最小熵解卷積濾波后信號(hào)計(jì)算峭度、幅值譜熵或進(jìn)行包絡(luò)譜分析等能夠精確診斷軸承故障。最后,從FIR濾波器角度出發(fā),研究

5、了最小熵解卷積方法的性能影響因素,并結(jié)合研究對(duì)象特點(diǎn)對(duì)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了分析和研究,發(fā)掘出最小熵解卷積方法設(shè)計(jì)的濾波器具有相當(dāng)好的魯棒特性的優(yōu)點(diǎn),具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　(4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析。本章主要了利用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)論證和研究最小熵解卷積方法的有效性和優(yōu)勢(shì)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)為軸承全壽命加速疲勞實(shí)驗(yàn)。通過(guò)全壽命加速疲勞試驗(yàn),可以獲得單一軸承運(yùn)行從正常到失效的全壽命周期數(shù)據(jù)。利用最小熵解卷積方法對(duì)兩組軸承全壽命周期各個(gè)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,

6、研究了最小熵解卷積方法對(duì)軸承故障各個(gè)階段的故障診斷能力,研究結(jié)果表明其在初始故障階段故障診斷能力較強(qiáng),能夠有效地提取初始故障階段的故障特征,驗(yàn)證了本文方法對(duì)軸承初始故障診斷的有效性和優(yōu)勢(shì)。針對(duì)軸承往往與齒輪等部件一起運(yùn)行的工程應(yīng)用實(shí)際,考慮到軸承故障信號(hào)往往受強(qiáng)噪聲干擾,如齒輪箱中的軸承故障信息往往隱沒(méi)在齒輪嚙合頻率的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了齒輪箱中軸承故障實(shí)驗(yàn),研究了最小熵解卷積方法對(duì)齒輪箱中軸承故障的診斷能力。首先,對(duì)齒輪箱故障診斷試驗(yàn)裝置和實(shí)