[發(fā)明專利]基于階次包絡(luò)時頻能量譜的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611079765.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106769033B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張四聰;徐光華;謝勇;王義
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

基于階次包絡(luò)時頻能量譜的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障識別方法，對獲取的變轉(zhuǎn)速下滾動軸承振動信號的低頻段信號進(jìn)行短時傅里葉變換獲得短時譜，結(jié)合峰值搜索方法獲得軸承參考軸諧波分量的瞬時轉(zhuǎn)頻估計；再通過快速峭度譜技術(shù)確定振動信號的最優(yōu)共振頻帶帶通參數(shù)，對帶通濾波后的帶通信號進(jìn)行Hilbert變換獲得包絡(luò)信號，通過短時傅里葉變換得到包絡(luò)時頻能量矩陣；設(shè)置提取區(qū)間，得到階次包絡(luò)能量計算路徑，通過能量計算路徑和包絡(luò)時頻能量矩陣計算不同階次下的階次包絡(luò)時頻能量，獲得階次包絡(luò)時頻能量譜，通過最大階次包絡(luò)時頻能量對應(yīng)的階次與故障階次對比實現(xiàn)軸承故障識別,本發(fā)明具有計算效率高的優(yōu)點，能滿足實際工程應(yīng)用中實時監(jiān)測的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于滾動軸承故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于階次包絡(luò)時頻能量譜的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障識別方法。

背景技術(shù)

工業(yè)、民用、國防等領(lǐng)域中的許多重大旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備會在變轉(zhuǎn)速工況條件下運(yùn)行，而滾動軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最常用的零部件，在設(shè)備中起著支撐回轉(zhuǎn)軸和減小軸系摩擦損失等作用，其運(yùn)行狀態(tài)將直接影響機(jī)器設(shè)備使用壽命、運(yùn)行可靠性及精度等。由于滾動軸承所激發(fā)的振動信息能迅速且直觀地反映裝備運(yùn)行健康狀態(tài)的變化情況，為有效預(yù)防由滾動軸承故障所造成的重大事故的發(fā)生，需要通過一系列振動信號獲取及處理手段對滾動軸承這一關(guān)鍵部件進(jìn)行實時監(jiān)測。

目前，對于定轉(zhuǎn)速工況下平穩(wěn)信號的振動檢測診斷技術(shù)主要以基于經(jīng)典傅里葉變換為代表的頻譜分析方法，通過機(jī)械設(shè)備的故障特征頻率來識別設(shè)備故障。然而在變轉(zhuǎn)速工況下，振動信號的頻率往往隨時間發(fā)生時變效應(yīng)出現(xiàn)“頻率模糊”的現(xiàn)象，無法反映信號的局部特性和頻率的時變規(guī)律。因而對變轉(zhuǎn)速工況下的非平穩(wěn)振動信息進(jìn)行分析和處理是實現(xiàn)滾動軸承故障識別的關(guān)鍵。

變轉(zhuǎn)速工況下的強(qiáng)非平穩(wěn)機(jī)械振動信號處理成為當(dāng)前機(jī)械故障診斷領(lǐng)域的一個研究熱點。階次分析作為變轉(zhuǎn)速工況下滾動軸承故障識別的有效手段，通過將等時間間隔采集的時間域信號轉(zhuǎn)化為等角度間隔的角度域信號并進(jìn)行傅里葉變換(FFT)得到階次譜，根據(jù)故障特征階次實現(xiàn)故障識別。但傳統(tǒng)階次分析技術(shù)需通過鍵相信號獲取設(shè)備來獲取參考軸轉(zhuǎn)速信號指導(dǎo)等角度重采樣，硬件費(fèi)用高，且在某些無法安裝鍵相信號獲取設(shè)備的工業(yè)現(xiàn)場難以實現(xiàn)。由于機(jī)械設(shè)備的振動信號中蘊(yùn)含著旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的相位信息，因此從獲取的振動信號中提取參考軸的瞬時相位，可以在無鍵相信號環(huán)境下完全通過軟件實現(xiàn)階次分析。目前，無鍵相環(huán)境下的階次分析技術(shù)主要包括：基于Vold-kalman的階次分析技術(shù)(VOK)、基于廣義解調(diào)的階次分析技術(shù)(GFT)和基于Gabor的階次分析技術(shù)等。然而以上方法在無鍵相環(huán)境下的階次分析技術(shù)需要精確獲取瞬時相位信息、算法復(fù)雜度較高、計算效率低、難以實現(xiàn)在線監(jiān)測的目的，從而大大地限制了這一技術(shù)的實際工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種基于階次包絡(luò)時頻能量譜的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障識別方法，具有無需等角度重采樣、計算效率高的優(yōu)點，滿足實際工程應(yīng)用中實時監(jiān)測的需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于階次包絡(luò)時頻能量譜的變轉(zhuǎn)速滾動軸承故障識別方法，包括以下步驟：

步驟一：利用振動加速度傳感器采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動信號x(t)，采樣率設(shè)定為f_s；

步驟二：對采集的振動信號進(jìn)行低通濾波，獲取包含滾動軸承參考軸瞬時轉(zhuǎn)頻信息的低頻段振動信號，并通過短時傅里葉變換(STFT)獲取低頻段振動信號的短時譜；

步驟三：采用峰值搜索方法對低頻段振動信號短時譜中m階諧波分量信號的瞬時脊線進(jìn)行提取，獲取的第m階瞬時頻率脊線為f_m(t)，則參考軸瞬時頻率為：

IRF＝f_m(t)/m；