变转速下滚动轴承时变非平稳故障特征提取方法研究
发布时间：2021-01-23 18:29
滚动轴承是机械设备中普遍使用的零部件。变速、重载与高温等极端服役环境往往导致滚动轴承性能衰退,降低机械系统的可靠性。此外,实际工况中滚动轴承常处于变转速运行状态,变转速工况使得滚动轴承故障特征表现为时变非平稳性。因此,滚动轴承时变非平稳故障特征的提取是关键设备健康监测与故障诊断的重要环节,也是机械设备安全可靠运行、避免经济损失甚至灾难性事故的重要保障。针对传统算法在滚动轴承时变非平稳故障特征提取时表现出的理论缺陷、诊断结果不理想、对转速测量装置依赖等问题,本文基于故障轴承振动信号的特点,探讨了变转速下单一故障轴承振动信号、复合故障振动信号、以及故障齿轮干扰下复合故障信号中故障特征成分的分布和变化规律,并在此基础上深入研究提出了计算阶比分析的优化算法以及无需阶比跟踪的时变非平稳故障特征平稳化方法。针对计算阶比跟踪过程中鉴相时标求解效率低的问题,提出了基于等分脉冲包络重采样的计算阶比分析方法。首先,同步测取故障轴承振动信号和转速脉冲信号,通过定位每个转速脉冲上升沿时间点,等分各个脉冲间隔,并记录分割点对应的时间坐标。其次,利用插值算法计算每个分割时标对应的振动信号包络幅值。通过转速测量装置...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近10年轴承相关论文数量
发电机（Ｐ＜１ＭＷ），?７０％为中型发电机（１ＭＷ＜Ｐ＜２ＭＷ），５０％为大型发电机??（２ＭＷ＜Ｐ））。中型风力发电机中齿轮箱和中央发电机的故障停车时间及轴承故障??所占比重如图１－２所示。另外，与其他机械零件相比，轴承寿命的离散性较大，即??使同样一批工人用同样的材料，同样的加工工艺以及同样的设备加工出来的一批??轴承，其寿命也相差很大。在实际使用中有部分轴承已超过其设计寿命而依然完好??的运行，而有部分轴承未达到设计寿命即出现各种故障０１。因此，如果按照设计寿??命对轴承进行定时维修会造成完好的轴承拆下来作为报废处理产生浪费，另一方??面也会出现故障轴承严重影响整个机械的运行，造成一定的经济损失，甚至出现灾??难性的事故ＩＭ。??麵?Ｈ?ｊ?＾??齿轮箱??中央发电机??－?！??中央发电机’．ｒ?ｆ?７〇％二￣＇??齿轮箱＋发电机??齿轮箱＋发电机７０％：??０?２?４?６?８?１０?１２??停车时间（Ｘ１０４小时）??■总时间（小时）■轴承故障《其他故障??图１－２中型风力发电机故障时间与轴承故障时间（数据来源于文献［１８］［１９］）??Ｆｉｇ．?１－２?Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ?ｄｏｗｎｔｉｍｅ?ｆｏｒ?ｂｅａｒｉｎｇ?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ??既然恶劣的运行工况和轴承自身不足导致其性能衰退的现象无法避免，保障??机械运行安全的重点就是对轴承进行健康监测和故障诊断。近年来
取得成功的故障诊断方法大都是以转速恒定或者小范围波动为前提条件。以??ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ网站的论文数量为例，２０１０－２０１６年间，以“轴承故障诊断”为主题??的文章中关于变转速的文章数量最高占有量不超过１８％，如图１－４所示。平均占比??仅为１２．８８％，如图１－５所示。然而变转速运行普遍存在实际工况中，因此针对轴??承的复杂工作环境和工作状态，研究变转速条件下轴承的故障特征提取，对于进一??步丰富轴承故障诊断方法，实现重要机械设备主／被动相结合的维护模式，避免轴??承失效引起灾难性事故，保证重要设备的安全可靠运行，缩短设备的停车维修时间，??提高经济效益具有十分重要的意义。此外，变转速下轴承故障诊断技术的研究和发??展也符合我国重大工程战略的需求，如“国家中长期科学和计划发展规划（２００６年??－２０２０年）“中国制造２０２５”计划等均将提升核心产品质量、提高重大装备可靠??性列为重大发展战略。??７００?ｎ?ｒ?２０??６００??—Ｋ—??：，＾Ｉ?■?１５?＾??Ｓ：?ｍ?Ｔ?｜
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进时频谱分析方法的滚动轴承复合故障诊断[J]. 王宏超,向国权,郭志强,巩晓赟,杜文辽. 航空动力学报. 2017(07)
[2]一种基于改进阶次包络谱的滚动轴承故障诊断算法[J]. 郝高岩,刘永强,廖英英. 振动与冲击. 2016(15)
[3]改进的经验模式分解在机械故障诊断中的应用[J]. 马文朋,张俊红,马梁,刘昱,贾晓杰. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[4]基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法[J]. 唐贵基,邓飞跃. 仪器仪表学报. 2015(01)
[5]基于低次故障特征阶比系数的变转速滚动轴承等效转频估计算法[J]. 王天杨,李建勇,程卫东. 机械工程学报. 2015(03)
[6]基于EMD与ICA的滚动轴承复合故障诊断[J]. 崔玲丽,吴春光,邬娜. 北京工业大学学报. 2014(10)
[7]改进的希尔伯特-黄变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 郑近德,程军圣. 机械工程学报. 2015(01)
[8]一种谱峭度和Morlet小波的滚动轴承微弱故障诊断方法[J]. 丁康,黄志东,林慧斌. 振动工程学报. 2014(01)
[9]改进的谐波小波包变换及其在弱故障特征提取中的应用[J]. 田福庆,罗荣. 振动与冲击. 2013(17)
[10]基于改进双树复小波变换的轴承多故障诊断[J]. 李辉,郑海起,唐力伟. 振动.测试与诊断. 2013(01)
博士论文
[1]滚动轴承故障特征提取与早期诊断方法研究[D]. 李永波.哈尔滨工业大学 2017
[2]齿轮箱复合故障诊断方法研究[D]. 李蓉.湖南大学 2013
[3]滚动轴承打滑动力学模型及振动噪声特征研究[D]. 涂文兵.重庆大学 2012
[4]局部均值分解方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究[D]. 张亢.湖南大学 2012
[5]振动信号的包络解调分析方法研究及应用[D]. 张家凡.武汉理工大学 2008
[6]混合智能技术及其在故障诊断中的应用研究[D]. 雷亚国.西安交通大学 2007
[7]齿轮与滚动轴承故障的振动分析与诊断[D]. 孟涛.西北工业大学 2003
[8]基于时—频分析的虚拟式旋转机械特征分析仪系统的研究[D]. 郭瑜.重庆大学 2003
本文编号：2995713
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
近10年轴承相关论文数量
发电机（Ｐ＜１ＭＷ），?７０％为中型发电机（１ＭＷ＜Ｐ＜２ＭＷ），５０％为大型发电机??（２ＭＷ＜Ｐ））。中型风力发电机中齿轮箱和中央发电机的故障停车时间及轴承故障??所占比重如图１－２所示。另外，与其他机械零件相比，轴承寿命的离散性较大，即??使同样一批工人用同样的材料，同样的加工工艺以及同样的设备加工出来的一批??轴承，其寿命也相差很大。在实际使用中有部分轴承已超过其设计寿命而依然完好??的运行，而有部分轴承未达到设计寿命即出现各种故障０１。因此，如果按照设计寿??命对轴承进行定时维修会造成完好的轴承拆下来作为报废处理产生浪费，另一方??面也会出现故障轴承严重影响整个机械的运行，造成一定的经济损失，甚至出现灾??难性的事故ＩＭ。??麵?Ｈ?ｊ?＾??齿轮箱??中央发电机??－?！??中央发电机’．ｒ?ｆ?７〇％二￣＇??齿轮箱＋发电机??齿轮箱＋发电机７０％：??０?２?４?６?８?１０?１２??停车时间（Ｘ１０４小时）??■总时间（小时）■轴承故障《其他故障??图１－２中型风力发电机故障时间与轴承故障时间（数据来源于文献［１８］［１９］）??Ｆｉｇ．?１－２?Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ?ｄｏｗｎｔｉｍｅ?ｆｏｒ?ｂｅａｒｉｎｇ?ａｎｄ?ｍｅｄｉｕｍ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ??既然恶劣的运行工况和轴承自身不足导致其性能衰退的现象无法避免，保障??机械运行安全的重点就是对轴承进行健康监测和故障诊断。近年来
取得成功的故障诊断方法大都是以转速恒定或者小范围波动为前提条件。以??ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ网站的论文数量为例，２０１０－２０１６年间，以“轴承故障诊断”为主题??的文章中关于变转速的文章数量最高占有量不超过１８％，如图１－４所示。平均占比??仅为１２．８８％，如图１－５所示。然而变转速运行普遍存在实际工况中，因此针对轴??承的复杂工作环境和工作状态，研究变转速条件下轴承的故障特征提取，对于进一??步丰富轴承故障诊断方法，实现重要机械设备主／被动相结合的维护模式，避免轴??承失效引起灾难性事故，保证重要设备的安全可靠运行，缩短设备的停车维修时间，??提高经济效益具有十分重要的意义。此外，变转速下轴承故障诊断技术的研究和发??展也符合我国重大工程战略的需求，如“国家中长期科学和计划发展规划（２００６年??－２０２０年）“中国制造２０２５”计划等均将提升核心产品质量、提高重大装备可靠??性列为重大发展战略。??７００?ｎ?ｒ?２０??６００??—Ｋ—??：，＾Ｉ?■?１５?＾??Ｓ：?ｍ?Ｔ?｜
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进时频谱分析方法的滚动轴承复合故障诊断[J]. 王宏超,向国权,郭志强,巩晓赟,杜文辽. 航空动力学报. 2017(07)
[2]一种基于改进阶次包络谱的滚动轴承故障诊断算法[J]. 郝高岩,刘永强,廖英英. 振动与冲击. 2016(15)
[3]改进的经验模式分解在机械故障诊断中的应用[J]. 马文朋,张俊红,马梁,刘昱,贾晓杰. 振动.测试与诊断. 2015(04)
[4]基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法[J]. 唐贵基,邓飞跃. 仪器仪表学报. 2015(01)
[5]基于低次故障特征阶比系数的变转速滚动轴承等效转频估计算法[J]. 王天杨,李建勇,程卫东. 机械工程学报. 2015(03)
[6]基于EMD与ICA的滚动轴承复合故障诊断[J]. 崔玲丽,吴春光,邬娜. 北京工业大学学报. 2014(10)
[7]改进的希尔伯特-黄变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 郑近德,程军圣. 机械工程学报. 2015(01)
[8]一种谱峭度和Morlet小波的滚动轴承微弱故障诊断方法[J]. 丁康,黄志东,林慧斌. 振动工程学报. 2014(01)
[9]改进的谐波小波包变换及其在弱故障特征提取中的应用[J]. 田福庆,罗荣. 振动与冲击. 2013(17)
[10]基于改进双树复小波变换的轴承多故障诊断[J]. 李辉,郑海起,唐力伟. 振动.测试与诊断. 2013(01)
博士论文
[1]滚动轴承故障特征提取与早期诊断方法研究[D]. 李永波.哈尔滨工业大学 2017
[2]齿轮箱复合故障诊断方法研究[D]. 李蓉.湖南大学 2013
[3]滚动轴承打滑动力学模型及振动噪声特征研究[D]. 涂文兵.重庆大学 2012
[4]局部均值分解方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究[D]. 张亢.湖南大学 2012
[5]振动信号的包络解调分析方法研究及应用[D]. 张家凡.武汉理工大学 2008
[6]混合智能技术及其在故障诊断中的应用研究[D]. 雷亚国.西安交通大学 2007
[7]齿轮与滚动轴承故障的振动分析与诊断[D]. 孟涛.西北工业大学 2003
[8]基于时—频分析的虚拟式旋转机械特征分析仪系统的研究[D]. 郭瑜.重庆大学 2003
本文编号：2995713
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