旋轉(zhuǎn)機械軸承振動信號分析方法研究.pdf

1、軸承作為旋轉(zhuǎn)機械中廣泛使用的關(guān)鍵零部件之一,其運行狀態(tài)直接關(guān)系整臺機械設(shè)備的工作性能,開展基于振動信號分析的軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的相關(guān)研究并及時準(zhǔn)確地識別故障萌發(fā)與演變,對確保設(shè)備平穩(wěn)運行、減少甚至避免重大安全事故具有相當(dāng)重要的意義。本課題以滾動軸承及滑動軸承故障振動信號為研究對象,針對滾動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)機械軸承測試診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了理論創(chuàng)新成果在工程實踐中的應(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)易受信號奇異點影響而不能真實估計信號峰態(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干擾的魯棒性峭度圖算法。滾動軸承仿真及實測故障信號分析結(jié)果驗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原始信號中的故障瞬態(tài)沖擊特征。
　?、苽鹘y(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頻分辨率取舍、運算效率以及小波函數(shù)庫有限等缺點,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

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。隨后利用時間尺度分解進一步增強了峭度圖濾波后信號的瞬態(tài)沖擊故障特征,并將基于固有時間尺度分解的Hilbert譜作為包絡(luò)解調(diào)分析的有益補充,通過與Hilbert-Huang變換的對比驗證了其在表征故障信號時頻能量信息分布中的優(yōu)越性。
　?、切D(zhuǎn)機械振動信號往往呈現(xiàn)循環(huán)平穩(wěn)特性,本文將機械故障診斷領(lǐng)域中用于分析單通道實信號的循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計量理論進

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)計量并提取出了滑動軸承油膜失穩(wěn)故障信號中周期性時變特征以及轉(zhuǎn)子振動狀態(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)計量之間的內(nèi)在聯(lián)系,即全譜分析實質(zhì)上就是一階定向循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計量(定向循環(huán)均值),而定向 Wigner分布實質(zhì)上屬于二階定向循環(huán)統(tǒng)計量(定向循環(huán)譜相關(guān)函數(shù))。此外試驗結(jié)果分別對比分析了加速度振動信號與位移振動信號中所包含系統(tǒng)振動狀態(tài)信息