[發明專利]變工況計算階次跟蹤與譜峭度結合的軸承故障診斷方法

在審

• 申請號: 201911042023.8
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110887663A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 黃衛東;劉春旺;屈世棟;姚曉燕;蔡國娟;劉洋;張重陽;馮世杰;山崧
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種變工況計算階次跟蹤與譜峭度結合的軸承故障診斷方法：對滾動軸承振動信號進行樹狀分解濾波，計算譜峭度繪制譜峭度圖，得到濾波最優帶寬的中心頻率和最優帶寬；對滾動軸承振動信號進行帶通濾波，對濾波后的信號進行Hilbert變換，包絡解調得到含有故障沖擊的包絡信號；設定轉速脈沖閾值，得到振動信號脈沖發生時刻，解出角度域時間二次方程系數，得到等角度采樣時刻，對包絡信號進行插值擬合，得到橫軸為角度，縱軸為振動信號幅值的角域平穩信號；對角域平穩信號進行FFT變換，得到階次譜，對照軸承故障特征階次，與階次譜中的主要階次成分，得出故障診斷結論。本發明能夠有效地在變工況的情況下實現對軸承的故障診斷。

技術領域

本發明涉及一種軸承故障診斷方法。特別是涉及一種變工況計算階次跟蹤與譜峭度結合的軸承故障診斷方法。

背景技術

旋轉機械在設備狀態檢測與故障診斷工作中占有著舉足輕重的地位。滾動軸承作為旋轉機械通用的零部件之一，在石化、電力、航空等工業部門發揮著重要的作用。滾動軸承的主要作用是支承旋轉軸及其負載和零部件，并保持軸的旋轉精度及工作位置。滾動軸承作為易損件之一，據不完全統計，旋轉機械的故障約有30％是由滾動軸承出現故障引起的。因此，對滾動軸承開展狀態監測與故障診斷有重要的意義。

滾動軸承的工作狀況按照轉速變化程度可分為平穩工況及變工況(非平穩工況)。當軸承的轉速處于穩定或者微小波動情況下時，可視為其處于平穩工況；當軸承轉速變化較大，尤其是在升速降速過程中，可視為其處于變工況條件，此時的振動信號會隨轉速的變化而變化。在變工況條件下，一些在平穩工況下不會顯現出來的故障會集中顯現出來，滾動軸承更易發生失效，所以研究變工況條件下滾動軸承故障信號特征提取能夠有效的對軸承進行故障診斷。

此外，滾動軸承的壽命常表現出離散化程度高的特點。若采取定期維修的方式，可能會將完好的軸承進行拆裝維修而報廢，軸承還可能提前發生故障，導致工作狀況不良，甚至發生嚴重事故。因此對軸承來說，定期維修存在著一定的問題，而采取實時狀態監測與故障診斷，就能夠提前發現故障，實現預知性維修的效果。

傳統的頻譜分析在針對平穩工況下有著良好的效果，但是軸承在變工況條件下，故障特征頻率會隨著轉頻的改變而改變，對變工況下的振動信號進行傅里葉變換會將故障特征頻率分散到各個頻率中，發生“頻率模糊”現象。在數據采集過程中，是在時域上等時間間隔采樣，隨著轉速的升高，每轉采樣點數逐漸減少，采集到的信號可能逐漸不能反映振動規律。為解決變轉速條件下原有頻譜分析故障診斷的不足，階次分析應運而生。其基本思想是將時域非平穩信號轉化為角域上的平穩信號，實現等角度間隔重新采樣，重采樣頻率即每轉采樣的次數，得到角域上的平穩信號，從而每轉之間信號的采樣點數恒定。對重采樣的信號進行傅里葉變換得到的階次譜，相對于轉頻不變的故障特征階次就會凸顯出來，根據階次譜即可斷定軸承是否發生故障及故障位置。

當滾動軸承出現早期局部損傷時，信號往往表現出微弱的沖擊性特征，其本質是軸承內部缺陷引起的有一定時間間隔的振動沖擊，沖擊往往隨著時間衰減，下次滾珠經過缺陷時沖擊再次產生。這種脈沖力會引起軸承的高頻固有振動。而高頻固有振動將作為軸承振動的載波，其幅值會受到軸承脈沖力的調制，最終滾動軸承的信號將成為復雜的幅值調制波。對調制后的信號做頻譜分析，譜峰的邊帶就是由于軸承故障特征頻率而造成的。解調方法因能將軸承故障特征頻率提取出來，在滾動軸承以及齒輪的故障診斷中有著廣泛的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可應用于變工況條件下旋轉設備的變工況計算階次跟蹤與譜峭度結合的軸承故障診斷方法。

本發明所采用的技術方案是：一種變工況計算階次跟蹤與譜峭度結合的軸承故障診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)對滾動軸承振動信號進行樹狀分解濾波，得到各頻帶的信號根據各頻帶的信號計算譜峭度，并繪制譜峭度圖，得到濾波最優帶寬的中心頻率f_c和最優帶寬B_w；