發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 02:21

【摘要】：滾動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件,其健康狀態(tài)是決定機(jī)械安全運(yùn)行的重要因素之一。在很多工程實(shí)際中,軸承通常處于一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)中,變轉(zhuǎn)速工況下的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相等效應(yīng)使傳統(tǒng)基于頻譜分析的故障診斷策略失效,因此如何將時(shí)變故障信息有效地提取出來是變轉(zhuǎn)速工況下軸承故障診斷的關(guān)鍵問題之一。在此背景下,本文首先分析了不同診斷方法的特點(diǎn)和變轉(zhuǎn)速工況下軸承故障信號(hào)的特點(diǎn),針對(duì)軸承兩種不同的工作環(huán)境,提出了相應(yīng)的故障診斷方法。具體研究內(nèi)容包括:(1)針對(duì)便于安裝鍵相信號(hào)采集裝置的工作環(huán)境,根據(jù)鍵相信號(hào)計(jì)算被測軸實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速并繪制被測軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)頻曲線;通過軸承幾何尺寸計(jì)算軸承內(nèi)、外圈故障特征系數(shù)并繪制內(nèi)、外圈時(shí)變故障特征頻率曲線。計(jì)算基于同步提取變換的時(shí)變幅值解調(diào)譜并將時(shí)頻曲線與軸承內(nèi)、外圈時(shí)變故障特征頻率曲線相匹配,進(jìn)而識(shí)別故障類型。(2)針對(duì)不便于安裝鍵相信號(hào)采集裝置的工作環(huán)境,將基于Viterbi算法的瞬時(shí)頻率估計(jì)算法應(yīng)用到軸承振動(dòng)信號(hào)中;對(duì)瞬時(shí)頻率估計(jì)算法的有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;計(jì)算基于同步提取變換的時(shí)變幅值解調(diào)譜并將時(shí)頻曲線與軸承內(nèi)、外圈故障特征頻率相匹配,進(jìn)而識(shí)別故障類型。(3)采用單自由度質(zhì)量彈簧阻尼模型的振動(dòng)響應(yīng)模擬幅值解調(diào)的仿真信號(hào),通過設(shè)置故障引起的沖擊個(gè)數(shù)進(jìn)行疊加生成定信號(hào)長度、定沖擊個(gè)數(shù)的仿真信號(hào)并對(duì)以上方法進(jìn)行驗(yàn)證,且分別進(jìn)行不同方法和不同信噪比工況的對(duì)比驗(yàn)證。(4)通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)及故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬易于安裝鍵相信號(hào)采集裝置的工況,對(duì)基于鍵相信號(hào)和同步提取變換的故障診斷方法進(jìn)行驗(yàn)證;通過高鐵軸承綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬不便于安裝鍵相信號(hào)采集裝置的工作環(huán)境,對(duì)基于瞬時(shí)頻率估計(jì)和同步提取變換的故障診斷方法進(jìn)行驗(yàn)證,并與傳統(tǒng)方法的診斷效果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。論文所提出的兩種軸承故障診斷方法及分析結(jié)果,為變轉(zhuǎn)速工況下軸承的健康狀態(tài)監(jiān)測和精密故障診斷提供了新的思路,具有一定的理論和應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

振動(dòng)信號(hào)仿真的難度。恒轉(zhuǎn)速下，故障軸承仿真信號(hào)可以有多種信號(hào)成分疊加構(gòu)成，若將故障造成的沖擊信號(hào) x1、背景噪聲信號(hào) x2和諧波信號(hào) x3三種信號(hào)成分疊加起來，滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)信號(hào)表達(dá)式可如下表示[47]。1 1sin(2π )tx e A f t α=(1-12x = n ( t)(1-23 2x = B sin(2π f t)(1-31 2 3y = x + x + x(1-4式(1-1)~ (1-4)中，α代表衰減率，A 代替設(shè)置的沖擊幅值，t 為采樣時(shí)間，f1為振動(dòng)信號(hào)中沖擊引起的共振頻率；n ( t )為信噪比為-5 dB 的高斯白噪聲；B=1.6 為諧波幅值， f2為諧波頻率。設(shè)置衰減率α為 500，沖擊信號(hào)幅值 A 為 0.8，共振頻率 f1為 4 kHz，諧波頻率 f2為 25 Hz，沖擊信號(hào)頻率 fo為 64 Hz，采樣頻率 fs設(shè)置為 10 240 Hz，采樣時(shí)間定為 1 s。恒轉(zhuǎn)速下故障軸承振動(dòng)仿真信號(hào)的時(shí)域圖和包絡(luò)譜如圖 4-1 所示。

圖 1-2 變轉(zhuǎn)速下故障軸承振動(dòng)仿真信號(hào)由恒轉(zhuǎn)速與變轉(zhuǎn)速仿真信號(hào)時(shí)域圖對(duì)比可以看出，恒轉(zhuǎn)速下仿真信號(hào)時(shí)域圖中沖擊成分隨時(shí)間分布均勻，而變轉(zhuǎn)速下仿真信號(hào)時(shí)域圖中沖擊信號(hào)的密度大，沖擊信號(hào)的密度隨時(shí)間變化有一定程度的增加。由仿真信號(hào)頻域圖對(duì)比可以看出，恒轉(zhuǎn)速下仿真信號(hào)頻域圖可見特殊頻率沖擊，，而變轉(zhuǎn)速下仿真信號(hào)頻域圖有明顯的頻譜模糊現(xiàn)象，難以進(jìn)行進(jìn)一步分析。綜上所述，在平穩(wěn)轉(zhuǎn)速時(shí)故障本身引起振動(dòng)信號(hào)突變并具有一定調(diào)制作用而變轉(zhuǎn)速下故障軸承振動(dòng)信號(hào)不僅受故障本身的調(diào)制作用，也受到轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起的調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相，振動(dòng)信號(hào)是一種復(fù)雜的非平穩(wěn)信號(hào)。如何通過建模、程序仿真等方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相現(xiàn)象的仿真，并與所采用的振動(dòng)分析方法相匹配，是變轉(zhuǎn)速軸承故障信號(hào)仿真的關(guān)鍵問題。1.2.2.2 變轉(zhuǎn)速工況下故障軸承振動(dòng)仿真信號(hào)建模方法由于工業(yè)的蓬勃發(fā)展和機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性要求的提高，以及電子硬件技術(shù)和非平穩(wěn)信號(hào)處理理論等硬件條件和理論的發(fā)展，近十年來，變轉(zhuǎn)速下軸承故障診斷方法的研究得到了逐步關(guān)注和發(fā)展。變轉(zhuǎn)速下軸承故障診斷方法十分豐富
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH133.33

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本文編號(hào)：2606883