本文關(guān)鍵詞：Hilbert-Huang變換算法研究及其在紙機(jī)軸承故障診斷中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： Hilbert-Huang變換 故障診斷 造紙機(jī)軸承 時(shí)頻分析 二次迭代算法

【摘要】：現(xiàn)代造紙工業(yè)是我國輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其特點(diǎn)是設(shè)備呈現(xiàn)大型化、機(jī)械化，生產(chǎn)采用自動(dòng)化、連續(xù)化。軸承是造紙機(jī)械設(shè)備中重要的基礎(chǔ)零部件，它的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性對(duì)主機(jī)的精度、性能、壽命起著決定性的作用。由于軸承長期處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，同時(shí)也是最容易損壞的部件，因而其故障診斷對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)乃至產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的意義。軸承故障診斷的關(guān)鍵是如何從軸承振動(dòng)信號(hào)中提取出故障特征，但是由于大多數(shù)造紙機(jī)軸承故障振動(dòng)具有非線性特性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法如傅立葉變換等在分析軸承振動(dòng)信號(hào)時(shí)效果并不理想。本文在軸承振動(dòng)信號(hào)分析理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)信號(hào)處理方法對(duì)故障特征頻率不靈敏這一問題，將Hilbert-Huang變換方法引入了造紙機(jī)軸承故障診斷應(yīng)用中，并在此基礎(chǔ)上提出了二次迭代EMD思想，以實(shí)現(xiàn)高精度的造紙機(jī)軸承故障診斷。本文的主要研究內(nèi)容及貢獻(xiàn)可總結(jié)如下： 1）造紙機(jī)軸承故障特性分析。在造紙機(jī)軸承的振動(dòng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上分析了紙機(jī)軸承的基本結(jié)構(gòu)和失效類型，同時(shí)根據(jù)軸承振動(dòng)機(jī)理和故障特性分析了滾動(dòng)軸承內(nèi)圈、外圈和滾珠存在缺陷時(shí)的時(shí)頻特性，給出各種失效的特征頻率方程，為后續(xù)造紙機(jī)軸承診斷方法的研究打下了基礎(chǔ)。 2）造紙機(jī)軸承故障診斷方法分析。針對(duì)造紙機(jī)軸承故障信號(hào)的非線性、非平穩(wěn)特性，著重分析了機(jī)械故障診斷方法的發(fā)展過程中相對(duì)于以往的頻域分析法有極大的改進(jìn)的窗口傅里葉變換（Windowed Fourier Transform，WFT）、Wigner分布（Wigner Distribution，WD）、小波分析（WaveletTransformation，WT）、自適應(yīng)時(shí)頻分布等時(shí)頻分析方法。但是由于其算法基礎(chǔ)的限制，都存在各自的局限性，仍不能完全滿足現(xiàn)代造紙機(jī)軸承故障診斷的需要。 3）Hilbert-Huang變換方法(Hilbert-Huang Transform, HHT)在造紙機(jī)軸承故障診斷中的應(yīng)用研究。針對(duì)以上問題引入了Hilbert-Huang變換方法。Hilbert-Huang變換方法由EMD分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）和Hilbert變換（Hilbert transform, HT）兩部分組成，EMD分解可以將任意信號(hào)分解成有限個(gè)頻率由高至低的固有模態(tài)函數(shù)（Intrinsic Mode Function，IMF）。而后對(duì)生成的每一個(gè)IMF進(jìn)行Hilbert變換，進(jìn)而得到原始信號(hào)的Hilbert譜，因?yàn)槭亲赃m應(yīng)時(shí)頻分解，所以具有很高的時(shí)-頻分辨率。通過對(duì)仿真信號(hào)和其他時(shí)頻率分析方法的比較研究，驗(yàn)證了Hilbert-Huang變換在分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)的有效性和優(yōu)越性。 4）二次迭代EMD方法研究。為了進(jìn)一步克服EMD方法的缺陷，本文著重分析了EMD分解在分析多組份信號(hào)過程中產(chǎn)生混疊效應(yīng)（Mode MixingEffect）的主要原因，并通過對(duì)EMD方法基本思想的深入理解，提出了一種抑制EMD分解中混疊效應(yīng)產(chǎn)生的改進(jìn)方法，稱之為“二次迭代EMD”方法。該方法可以提取出隱含于原始信號(hào)內(nèi)部的高頻分量特征，并通過高頻分量特征獲取經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解中的理想插值點(diǎn)，極大的提高了Hilbert-Huang變換在信號(hào)分解時(shí)的靈敏度，利用改進(jìn)后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明二次迭代EMD方法能有效地抑制經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的模態(tài)混疊效應(yīng)，證明了其相對(duì)于傳統(tǒng)EMD方法的優(yōu)越性以及理論上的正確性。 5）改進(jìn)算法的應(yīng)用效果仿真研究。將改進(jìn)后的Hilbert-Huang變換和傳統(tǒng)Hilbert-Huang變換應(yīng)用到造紙機(jī)軸承故障診斷中。通過分析不同狀態(tài)軸承的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)比分析結(jié)果后表明，改進(jìn)后的Hilbert-Huang變換不但可以準(zhǔn)確的辨識(shí)軸承是否存在故障以及存在的故障類型，而且比傳統(tǒng)Hilbert-Huang變換結(jié)果得到更多的特征信息。仿真實(shí)驗(yàn)和軸承信號(hào)試驗(yàn)的結(jié)果都證明：二次迭代EMD方法能夠有效地抑制經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的模態(tài)混疊效應(yīng)，，可以準(zhǔn)確的從軸承信號(hào)中分辨出特征頻率，可以看出改進(jìn)后Hilbert-Huang變換在造紙機(jī)軸承故障診斷應(yīng)用中的實(shí)用性和優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：Hilbert-Huang變換 故障診斷 造紙機(jī)軸承 時(shí)頻分析 二次迭代算法
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TS734;TH165.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 緒論13-21
• 1.1 選題背景與意義13-14
• 1.2 造紙機(jī)軸承故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 造紙機(jī)軸承的故障特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 造紙機(jī)軸承監(jiān)測與診斷研究進(jìn)展及現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 現(xiàn)有診斷技術(shù)的局限性及急待解決的問題16-17
• 1.3 Hilbert-Huang 變換算法的應(yīng)用現(xiàn)狀17-18
• 1.3.1 Hilbert-Huang 變換的提出17-18
• 1.3.2 Hilbert-Huang 在機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀18
• 1.4 本文的主要工作及內(nèi)容安排18-21
• 2 造紙機(jī)軸承的故障類型及診斷機(jī)理21-27
• 2.1 造紙機(jī)軸承的基本結(jié)構(gòu)21
• 2.2 造紙機(jī)軸承失效形式21-22
• 2.2.1 疲勞失效21
• 2.2.2 磨損失效21
• 2.2.3 塑性變形失效21-22
• 2.2.4 腐蝕失效22
• 2.2.5 裂紋失效22
• 2.2.6 膠合失效22
• 2.2.7 保持架損壞失效22
• 2.3 造紙機(jī)軸承振動(dòng)機(jī)理和故障診斷特性22-24
• 2.4 造紙機(jī)軸承故障特征頻率、固有頻率的計(jì)算24-25
• 2.4.1 造紙機(jī)軸承故障特征頻率計(jì)算24-25
• 2.4.2 造紙機(jī)軸承固有頻率計(jì)算25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 3 造紙機(jī)軸承故障診斷方法27-37
• 3.1 傳統(tǒng)軸承故障診斷方法27-30
• 3.1.1 振動(dòng)信號(hào)簡易檢測指標(biāo)27-28
• 3.1.2 時(shí)域、頻域軸承故障診斷方法28-30
• 3.2 時(shí)頻分析軸承故障診斷方法30-34
• 3.2.1 窗口傅立葉變換30-31
• 3.2.2 Wigner 分布31-32
• 3.2.3 小波分析方法32-33
• 3.2.4 自適應(yīng)時(shí)頻分布33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-37
• 4 Hilbert-Huang 變換算法及問題改進(jìn)37-57
• 4.1 信號(hào)的特征參數(shù)37-39
• 4.1.1 瞬時(shí)頻率37-38
• 4.1.2 信號(hào)的帶寬38
• 4.1.3 固有模態(tài)函數(shù)38-39
• 4.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解原理39-46
• 4.2.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法39-42
• 4.2.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法的主要性質(zhì)42-45
• 4.2.3 Hilbert 譜和邊際譜45-46
• 4.3 Hilbert-Huang 變換的混疊效應(yīng)及其改進(jìn)方法46-53
• 4.3.1 模態(tài)混疊效應(yīng)的研究46-50
• 4.3.2 截止條件的研究50-51
• 4.3.3 二次迭代 EMD 與傳統(tǒng) EMD 的區(qū)別與聯(lián)系51-52
• 4.3.4 二次迭代 EMD 分解流程52-53
• 4.4 仿真與實(shí)驗(yàn)信號(hào)分析53-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 5 改進(jìn)的 Hilbert-Huang 變換在紙機(jī)軸承故障診斷中的應(yīng)用57-67
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案57
• 5.2 軸承振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析57-58
• 5.3 軸承振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析58-59
• 5.4 軸承振動(dòng)信號(hào)的 Hilbert-Huang 變換分析59-66
• 5.4.1 無故障軸承59-62
• 5.4.2 內(nèi)圈故障軸承62-64
• 5.4.3 外圈故障軸承64-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 6 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 全文工作總結(jié)67
• 6.2 未來工作展望67-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目77-78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1033954