旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承振動(dòng)信號分析方法研究.pdf

1、軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械中廣泛使用的關(guān)鍵零部件之一,其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系整臺機(jī)械設(shè)備的工作性能,開展基于振動(dòng)信號分析的軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的相關(guān)研究并及時(shí)準(zhǔn)確地識別故障萌發(fā)與演變,對確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行、減少甚至避免重大安全事故具有相當(dāng)重要的意義。本課題以滾動(dòng)軸承及滑動(dòng)軸承故障振動(dòng)信號為研究對象,針對滾動(dòng)軸承故障信號易受噪聲干擾的影響拓展并豐富了峭度圖理論在振動(dòng)信號降噪以及故障特征提取中的應(yīng)用,并基于定向循環(huán)平穩(wěn)分析理論研究了滑動(dòng)軸承在油膜失穩(wěn)狀態(tài)

2、下的故障信號特征,最后開發(fā)了虛擬式旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承測試診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了理論創(chuàng)新成果在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容包括：
　?、沤榻B了峭度圖理論中涉及的峭度統(tǒng)計(jì)理論、譜峭度系數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ),并詳細(xì)闡述了傳統(tǒng)峭度圖算法以及基于COT的階比峭度圖算法在故障信號降噪和最優(yōu)解調(diào)頻帶參數(shù)確定方面的優(yōu)勢。針對傳統(tǒng)四階矩累積量譜峭度系數(shù)易受信號奇異點(diǎn)影響而不能真實(shí)估計(jì)信號峰態(tài)程度水平的問題,定義了Moors譜峭度、Hogg譜峭度以及Crow-Siddi

3、qui譜峭度等三種魯棒性譜峭度系數(shù),并提出了能消除信號奇異點(diǎn)干擾的魯棒性峭度圖算法。滾動(dòng)軸承仿真及實(shí)測故障信號分析結(jié)果驗(yàn)證了魯棒性峭度圖與傳統(tǒng)峭度圖相比,能顯著提高濾波效果并增強(qiáng)原始信號中的故障瞬態(tài)沖擊特征。
　　⑵傳統(tǒng)的基于STFT、FIR濾波器以及第一代小波包變換的峭度圖算法中存在時(shí)頻分辨率取舍、運(yùn)算效率以及小波函數(shù)庫有限等缺點(diǎn),本文提出了基于尺度自適應(yīng)冗余提升小波包變換的峭度圖算法,通過基于原始信號本身構(gòu)造更新器和預(yù)測器來實(shí)

4、現(xiàn)信號分解與重構(gòu)的自適應(yīng)功能,有效地提高了峭度圖算法的自適應(yīng)特性以及濾波后故障信號的準(zhǔn)確性。隨后利用時(shí)間尺度分解進(jìn)一步增強(qiáng)了峭度圖濾波后信號的瞬態(tài)沖擊故障特征,并將基于固有時(shí)間尺度分解的Hilbert譜作為包絡(luò)解調(diào)分析的有益補(bǔ)充,通過與Hilbert-Huang變換的對比驗(yàn)證了其在表征故障信號時(shí)頻能量信息分布中的優(yōu)越性。
　　⑶旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號往往呈現(xiàn)循環(huán)平穩(wěn)特性,本文將機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中用于分析單通道實(shí)信號的循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)量理論進(jìn)

5、行了拓展,定義了能用于分析雙通道融合復(fù)信號的低階定向循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)量并提取出了滑動(dòng)軸承油膜失穩(wěn)故障信號中周期性時(shí)變特征以及轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)信息等。通過對比分析揭示了傳統(tǒng)全譜分析以及定向Wigner分布與定向循環(huán)統(tǒng)計(jì)量之間的內(nèi)在聯(lián)系,即全譜分析實(shí)質(zhì)上就是一階定向循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)量(定向循環(huán)均值),而定向 Wigner分布實(shí)質(zhì)上屬于二階定向循環(huán)統(tǒng)計(jì)量(定向循環(huán)譜相關(guān)函數(shù))。此外試驗(yàn)結(jié)果分別對比分析了加速度振動(dòng)信號與位移振動(dòng)信號中所包含系統(tǒng)振動(dòng)狀態(tài)信息