非平稳信号特征提取理论研究及其在往复式压缩机故障诊断中的应用

发布时间：2020-07-17 11:36

【摘要】： 振动信号是最能表达压缩机运行状态的参数。往复式压缩机振动信号是非平稳信号,如何对这类非平稳信号进行有效的分析,是往复式压缩机故障诊断的关键问题之一。本文研究了基于非平稳信号特征提取的故障诊断方法,且将其应用于往复式压缩机故障诊断中。论文的主要工作和贡献有下面几点: 1)高分辨率追踪(HRP)是一种新的自适应信号处理方法,是匹配追踪分解方法的改进。与高分辨率追踪相比,匹配追踪和基追踪不能够描述稀疏的和物理可分解的信号。高分辨率追踪克服了传统匹配追踪和基追踪的这些缺点,提出一种更加精确的相似性度量方法,能够更精确的描述信号。基于高分辨率追踪,结合小波变换的多分辨率特性,本文首次建立了小波高分辨率追踪故障诊断模型,选择B-样条小波作为基函数。并且将该模型应用于往复式压缩机的气阀故障诊断之中,小波高分辨率追踪故障诊断模型不仅能够分离气阀故障时的冲击响应在时域的范围,而且能够揭示其在频域的范围。 2)就非平稳信号处理而言,Wigner-Ville分布具有许多有用的特性,但是交差干扰项的存在,影响了Wigner-Ville分布的应用。本文引入一种新的Wigner-Ville分布模型,即增强Wigner-Ville分布,增强Wigner-Ville分布(EWVD)是由系统的输入函数和脉冲响应函数的WVD变换的基础上卷积积分得出的。这种新的Wigner-Ville分布改进了WVD的分解方法,能够使得振荡和交叉干扰项变小。将该模型应用于往复式压缩机噪声和振动信号分析中。应用振动信号对机械系统进行故障诊断已不鲜见,但是应用噪声信号进行故障诊断却很少见,将噪声信号应用于故障诊断的瓶颈就是如何有效的分离故障噪声和背景噪声进行了有效的分离。本文应用增强Wigner-Ville分布首先对背景噪声进行特征提取,然后对发生噪声时的噪声和背景噪声进行有效的分离。另外,应用增强Wigner-Ville分布分析了压缩机振动信号在时频域的能量分布,以此来判断压缩机的运行状态。研究表明增强Wigner-Ville分布能够精确的描述压缩机在正常和故障时候的噪声和振动信号在时频域的分布特征,是压缩机故障诊断的有效方法。　 3)故障预后是指当一个机器或者构件的临界故障条件确定以后,一个带有故障的机器或者构件还能运转多久。在现代工业生产中,人们需要确定机器以及生产系统的有效使用寿命和临界寿命。该项工作包括以下三个主要方面:第一,对机器进行故障诊断;第二,预测一个机器或者构件的有效使用寿命;第三,根据以上两点确定对其进行维护的日程表,使其有效使用寿命达到最大。而故障预后则是其中最关键的部分。本章试图用基函数神经网络算法来解决这个问题。建立了小波基函数神经网络故障预后模型,高斯基函数和Marr小波函数作为尺度函数,基函数中心的计算用二进展开函数和k次聚类函数。并且将该模型应用于往复式压缩机活塞-气缸间隙预测中。　　
【学位授予单位】：西安交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH457
【图文】：

示意图,故障诊断,步骤,示意图

第一章绪论4）在测试某一部位时，难以排除来自其他方面的众多干扰。5）对振动的敏感点的选择及判据的确定，在理论和经验上都不成熟。特往复机械的判别还缺少权威的的判断标准。往复式压缩机的这些特点，在诊断时要注意两个问题：其一，选用诊断一化，既坚持以振动诊断为主，同时还要兼顾其他各种手段，如温度检测，，性能参数测量等；其二，对往复式压缩机的结构特点动力学特征，故障分的认识和了解。障诊断的步骤、内容

往复式压缩机

第二章往复式压缩机故障特征及分类压缩机简介缩机[43]是一种用于压缩气体借以提高气体压力的机械，种类的往复式压缩机就是活塞式压缩机，它通过曲柄－连杆结构为活塞的的往复运动，依靠气缸内活塞的往复运动来改变压缩气体的目的。根据所需压力的高低，可以分为单级或多衡，往往做成多列结构。本章主要分析往复式压缩机的典型故工作原理往复式压缩机简图。它是由气缸 4 和活塞 5，以及驱动活塞、控制气体进出的进、排气阀 1、2 组成。

十字头,中间接筒,压缩机,气阀

17图 2-2LX 型工艺用平衡型压缩机1－气缸，2－气阀，3－刮油圈，5－十字头，6－十字头滑道－中间接筒，7－曲轴，8－机身，9－连杆，10－封油圈，11－活塞杆，12－活塞2.1.3 振动特点往复式压缩机的运动部件是一套曲柄连杆结构。这些部件在工作时既有旋转运动，又有往复运动，因此，压缩机旋转中就存在两种惯性力，即曲柄旋转时产生的旋转惯性力和活塞组件往复运动时产生的往复惯性力量，连杆运动则兼有这两种惯

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