[發明專利]一種基于DTCWT及階次譜的齒輪箱故障診斷方法

在審

• 申請號: 201710965198.0
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107907324A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 谷玉海;王紅軍;王少紅
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京遠創理想知識產權代理事務所(普通合伙)11513
• 代理人: 張素妍

技術領域

本發明涉及一種齒輪箱故障診斷方法，特別是關于一種基于DTCWT及階次譜

的齒輪箱故障診斷方法。

背景技術

升速齒輪箱是目前雙饋式大型風力發電機的關鍵傳動部件，其長期在復雜的

變載荷條件下運轉，具有較高的故障率。如果不能及時發現齒輪箱早期的故障征兆，并及時開展維修或維護工作，容易導致最終的重大故障，從而影響生產，甚至導致重大事故的發生。振動信號分析是當前開展齒輪箱早期故障診斷的有效方法。由于齒輪箱工作環境惡劣，受風力風向不斷變化的影響，輸入轉速以及輸入載荷不斷變化，由齒輪箱上采集的振動信號具有非線性非平穩性，并且早期故障信號常淹沒于強背景噪聲中，對齒輪的早期故障診斷造成很大困難，如何從帶有大量噪聲的振動信號中準確提取齒輪的故障特征頻率，是齒輪故障診斷的關鍵。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于DTCWT及階次譜的齒輪箱故障診斷方法，該方法能有效確定齒輪箱故障部位及相關齒輪故障特征。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種基于DTCWT及階次譜的齒輪箱故障診斷方法，其特征在于包括以下步驟：1)在齒輪箱故障信號敏感部位安裝振動加速度傳感器用于采集振動信號，在齒輪箱輸入軸或輸出軸上設置有非接觸式測速傳感器，用于采集齒輪箱轉軸的旋轉脈沖信號；并采用已有同步數據采集設備對傳感器輸出的振動信號和轉速脈沖信號進行同步采集，獲得振動信號數據序列及轉速脈沖數據序列；2)采用DTCWT軟閾值消噪方法對采集的振動信號進行消噪處理，去除高頻噪聲獲得消噪信號；3)根據采集的旋轉脈沖信號采用時間法計算轉軸的轉頻f_r，即根據脈沖信號中兩個脈沖的上升沿或者下降沿所對應的時間計算轉軸的旋轉頻率，對轉速信號中的多個脈沖計算獲得轉頻求平均值得到轉軸的轉頻f_r；4)以轉頻f_r為基礎，根據齒輪箱變速比及齒輪齒數計算各齒輪轉頻及其嚙合頻率，生成與脈沖信號同步采集獲得的振動信號具有相同采樣頻率及長度，幅值為1正弦數據序列；5)計算生成的正弦數據序列與消噪信號的相關系數，根據相關度初步確定故障部位；6)采用CCOT法對消噪信號計算等角度階次數據；7)對獲得的階次振動數據計算功率譜，獲得階次功率譜，通過階次功率譜特征完成齒輪箱的故障診斷。

進一步，所述步驟2)中，采用DTCWT軟閾值消噪方法對信號進行消噪處理，是通過選擇相應的閾值對分解后的各層系數數據進行閾值處理，然后進行信號的重構獲得去噪信號。

進一步，所述閾值處理采用軟閾值處理方法：

式中，x表示要進行閾值處理的信號數據；T表示閾值；在閾值大小的選擇上，采用啟發式閾值原則進行選擇，該閾值選擇規則通過對無偏似然估計和固定閾值估計原則進行折中來選擇去噪閾值，如果信號的信噪比小于預先設定值，則采用固定閾值進行消噪處理。

進一步，所述步驟5)中，相關系數計算公式為：

式中，Cov(X,Y)為X，Y的協方差，D(X)、D(Y)分別為X、Y的方差，X表示要計算相關度的兩個數據序列的第一個序列、Y表示要計算相關度的兩個數據序列的第二個序列。

進一步，分別計算獲得所有齒輪對應的轉頻及嚙合頻率與消噪信號的相關系數，取相關系數最大的兩個值，確定故障部位。

進一步，所述步驟6)中，等角度階次數據具體計算過程如下：6.1)對齒輪箱某一部位的振動信號和旋轉脈沖信號同步采樣，兩個脈沖信號上升沿的時間間隔為轉軸旋轉一周的時間；6.2)根據旋轉部件的振動頻率與參考轉軸旋轉頻率的比例關系確定需要分析的階次，記為Om；根據奈奎斯特定律，信號的采樣頻率至少為分析頻率的2倍，因此確定每個旋轉周期內重采樣數據點數為2Om；6.3)根據確定的重采樣數據點數計算獲得等角度采樣所對應的角度值，然后計算各角度所對應的時間，由等時采樣獲得振動信號數值通過插值計算獲得各角度所對應的振動信號，該振動信號即為對應的等角度階次數據。