[發明專利]一種無鍵相變轉速齒輪箱故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011174270.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112665851B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 訾艷陽;江山;王宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028;G06N3/126
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種無鍵相變轉速齒輪箱故障診斷方法，對采集的振動信號進行分析得到解調算子，將解調算子進行分析，得到信號時頻圖，根據信號時頻圖獲取新的時頻脊線；重復上述過程，直至前后兩次得到的瞬時頻率估計值的歐氏距離小于或等于預設極限，得到精細化提取的時頻脊線；根據精細化提取的時頻脊線，獲得轉頻瞬時相位；根據變轉速齒輪箱振動信號構造自適應多小波，對多小波對信號進行多小波包分解，然后計算每個分解頻帶的譜指標值，選擇譜指標值最大的分解頻帶作為故障敏感頻帶；將轉頻瞬時相位與故障敏感頻帶進行階次變換，提取故障特征階次。本發明充分考慮齒輪箱信號的復雜多源性與外界環境噪聲的干擾，保證了較高的故障診斷準確度和工程實用性。

技術領域

本發明屬于機械振動信號與變轉速工況機械設備故障診斷領域，具體涉及一種無健相變轉速齒輪箱故障診斷方法。

背景技術

齒輪箱是機械設備的基礎部件之一，為機械設備傳遞運動和動力，是現代工業設備中不可或缺的一環，其運行可靠性、使用壽命都直接影響機械設備的正常運行和企業的工作生產任務，也是機械故障診斷領域重點的研究對象。傳統的齒輪箱故障診斷方法大多都是在恒定轉速下進行的，對于變轉速下的齒輪箱故障診斷方法研究較少。然而，實際工程中的齒輪箱往往是在變轉速下運行的，例如風力發電機組的齒輪箱，大型軍工設備如直升機齒輪箱或軍艦用齒輪箱等等，其運行轉速都會隨著工作任務或工況環境的改變而改變。并且由于機械設備大多結構緊湊，富余空間較少，針對于這類設備無法直接利用轉速傳感器測量轉速。因此，針對變轉速工況下且無法直接獲取轉速信息的齒輪箱設備，研究有效的故障診斷方法，安排合理的維修計劃與部件更換計劃，最大限度的減少突發停機事件，對企業安全生產與成本節約具有重要意義。

無鍵相階次跟蹤技術是解決轉速無法直接獲取時的變轉速振動信號分析的有效方法。目前，無鍵相階次跟蹤技術主要聚焦于變轉速下的時頻脊線提取問題，常用的方法主要對時頻脊線進行泰勒分解擬合重構，然而由于泰勒分解階次的不確定，階次選擇不當將會引入誤差。同時，齒輪箱振動信號具有復雜多源性，包含齒輪振動信號、軸承振動信號與環境噪聲干擾。常用的無鍵相階次跟蹤技術在消除噪聲與故障信息有效提取方面仍缺乏研究，從而導致提取的故障特征階次不夠準確。因此，針對現有常用無鍵相階次跟蹤方法難以準確提取噪聲干擾下復雜齒輪箱的故障特征階次的不足，如何有效準確提取故障特征階次是一個有待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種無鍵相變轉速齒輪箱故障診斷方法，該方法既克服了常用無鍵相階次跟蹤方法由于泰勒展開階次不定導致時頻脊線預測偏差的問題，又充分考慮了齒輪箱信號的復雜多源性與外界噪聲干擾，提高了變轉速工況下齒輪箱故障診斷的有效性與準確性。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現：

一種無鍵相變轉速齒輪箱故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集變轉速齒輪箱振動信號；

(2)對變轉速齒輪箱振動信號進行時頻分析，得到信號時頻圖，根據信號時頻圖獲取時頻脊線；

(3)對時頻脊線進行軌跡優化，得到解調算子，將解調算子進行時頻分析，得到信號時頻圖，根據信號時頻圖獲取新的時頻脊線；

(4)重復步驟(2)至步驟(3)，直至前后兩次得到的瞬時頻率估計值的歐氏距離小于或等于預設極限，得到精細化提取的時頻脊線；

(5)根據精細化提取的時頻脊線，采用Vold-Kalman濾波器對轉頻諧波的時域波形進行提取，獲得轉頻瞬時相位；

(6)根據變轉速齒輪箱振動信號采用自適應構造理論構造自適應多小波，并對多小波對信號進行多小波包分解，得到分解頻帶，然后計算每個分解頻帶的譜指標值，選擇譜指標值最大的分解頻帶作為故障敏感頻帶；將轉頻瞬時相位與故障敏感頻帶進行階次變換，提取故障特征階次，完成變轉速下齒輪箱故障診斷。