本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：風(fēng)電機(jī)組、航空發(fā)動(dòng)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(duì)軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。對(duì)于軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷,振動(dòng)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(dòng)診斷方法主要針對(duì)平穩(wěn)信號(hào),無(wú)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(dòng),在變轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中具有優(yōu)勢(shì)。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(jì)算、變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)特征無(wú)法有效表征導(dǎo)致故障識(shí)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。針對(duì)這些問題,論文開展了基于階比分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:進(jìn)行了轉(zhuǎn)速曲線精確計(jì)算的研究。針對(duì)有轉(zhuǎn)速計(jì)情況下計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速與實(shí)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(jì)算方法。首先采用拉格朗日插值獲得脈沖閾值的精確時(shí)刻,然后采用一階數(shù)值微分獲得初始轉(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(duì)無(wú)轉(zhuǎn)速計(jì)下利用時(shí)頻變換估計(jì)轉(zhuǎn)速存在精度低、抗噪聲能力差的問題,提出了基于時(shí)頻融合的轉(zhuǎn)速曲線計(jì)算方法。首先分別用短時(shí)傅立葉變換和Winger-Ville分布將振動(dòng)信號(hào)變換到時(shí)頻域,然后對(duì)兩個(gè)時(shí)頻矩陣歸一化處理后進(jìn)行融合,最后再用基于代價(jià)函數(shù)的方法搜素時(shí)頻脊線得到轉(zhuǎn)速曲線。針對(duì)變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)特征無(wú)法有效表征導(dǎo)致故障識(shí)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)械故障診斷方法。研究了重采樣時(shí)刻的計(jì)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(shí)間間隔信號(hào)轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)的等角度信號(hào)。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(duì)原始等角度信號(hào)和等角度信號(hào)EMD分解后的IMF分量提取無(wú)量綱的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征構(gòu)成高維特征集,針對(duì)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(duì)高維統(tǒng)計(jì)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(shí)別故障。針對(duì)變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的全息瀑布誤差大無(wú)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(cè)方程為基礎(chǔ)的振動(dòng)信號(hào)模型實(shí)現(xiàn)多階比分量的同時(shí)提取。由提取的包絡(luò)波形和時(shí)域波形計(jì)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(jì)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)械故障診斷系統(tǒng),該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、階比分析模塊、基于階比重采樣的故障診斷模塊和全息譜故障診斷模塊,并通過應(yīng)用對(duì)各模塊進(jìn)行驗(yàn)正。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH17

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本文編號(hào)：1180136