挖掘機(jī)振聲信號(hào)時(shí)頻分析研究與應(yīng)用.pdf

1、挖掘機(jī)是典型的工程機(jī)械產(chǎn)品，其作業(yè)時(shí)的噪聲將造成環(huán)境噪聲污染，并且對(duì)長期暴露在強(qiáng)噪聲環(huán)境中的操作人員聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生影響，可引起生理與心理等多方面?zhèn)?。以發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的動(dòng)力元件產(chǎn)生的振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的根本原因，通過對(duì)振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集和分析處理，可以有效地指導(dǎo)降低振動(dòng)、減小噪聲。然而，工程機(jī)械中能夠引起振動(dòng)噪聲過大的激勵(lì)源眾多，產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，傳播路徑多變。唯有對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行深入的了解，識(shí)別出引起振動(dòng)噪聲過大的主要來源及其傳遞

2、規(guī)律，才能夠?qū)崿F(xiàn)有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
　　工程實(shí)測信號(hào)多具有非平穩(wěn)、非線性特征，時(shí)頻分析技術(shù)是分析此類信號(hào)一種有效的工具。然而，傳統(tǒng)時(shí)頻分析方法往往會(huì)因時(shí)頻分辨率較差、具有交叉項(xiàng)等不足，從而導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)精確地分析此類信號(hào)。本文研究針對(duì)其中不足，在以下方面取得了研究進(jìn)展:
　　1.研究提出了一種可以實(shí)現(xiàn)理想時(shí)頻分辨率的參數(shù)化同步提取變換方法。該方法建立在短時(shí)傅里葉變換基礎(chǔ)上，提出一種同步提取算子，用于提取原始時(shí)頻譜立即頻率位置

3、的時(shí)頻系數(shù)，經(jīng)變換得到一個(gè)新的時(shí)頻譜，避免了Heisenberg-Gabor不定問題，提高了時(shí)頻分辨率。同時(shí)，分析算法中利用迭代擬合的方法構(gòu)建與信號(hào)特征一致的解調(diào)算子，解決了處理強(qiáng)調(diào)頻信號(hào)時(shí)經(jīng)常發(fā)生的能量發(fā)散問題，有效改善了原始時(shí)頻譜的能量聚集性。從而，解決了因時(shí)頻分辨率低、具有交叉項(xiàng)而造成難以精確反映信號(hào)時(shí)變特征細(xì)節(jié)等問題。
　　2.提出了一種可以實(shí)現(xiàn)非平穩(wěn)噪聲信號(hào)分析方法。在瞬時(shí)聲壓級(jí)計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，將時(shí)變分析的思想引入傳統(tǒng)

4、A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)譜分析，提煉出可用于處理非平穩(wěn)噪聲信號(hào)的分析計(jì)算方法，能夠?qū)β曉刺卣骷胺植歼M(jìn)行有效的分析與定位，克服了傳統(tǒng)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)譜無法反映聲音瞬時(shí)特征的不足。
　　3.將時(shí)頻域稀疏分量分析方法用于模態(tài)分析研究，并且針對(duì)其中矩陣估計(jì)與源信號(hào)分離步驟中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種改進(jìn)的模態(tài)分析方法。研究發(fā)現(xiàn)，在時(shí)頻域中的多通道振動(dòng)模態(tài)響應(yīng)信號(hào)，在散點(diǎn)圖中具有直線形狀的聚類特征，每條聚類直線方向分別對(duì)應(yīng)著各階模態(tài)的振型向量。利用上述

5、特征，提出通過進(jìn)行單模態(tài)檢測與單源點(diǎn)檢測，依次對(duì)振型向量進(jìn)行估計(jì)，并利用稀疏特性，分離出多階單模態(tài)信號(hào)。最后，利用單模態(tài)辨識(shí)方法，可以得到各階模態(tài)的模態(tài)頻率與阻尼比參數(shù)。
　　4.將提出的兩種時(shí)頻方法用于挖掘機(jī)振聲信號(hào)特征提取研究。通過對(duì)兩種常用工況下的振聲信號(hào)分析可知:(1)主要振動(dòng)激勵(lì)源，為發(fā)動(dòng)機(jī)低階激勵(lì)與液壓泵一階脈動(dòng)激勵(lì)，二者具有明顯的調(diào)頻、調(diào)幅等非平穩(wěn)特征;(2)主要噪聲激勵(lì)源，為發(fā)動(dòng)機(jī)二階慣性力激勵(lì)、冷卻風(fēng)扇激勵(lì)、消聲