行星齿轮箱故障诊断的扭转振动信号分析方法

行星轮的通过效应或行星架和太阳轮的旋转对啮合振动产生额外的调幅作用,导致横向振动信号的频谱结构非常复杂。扭转振动信号不受这些额外调幅效应的影响,它们的频谱结构更加简单。因此,扭转振动信号分析为行星齿轮箱故障诊断提供了一种有效方法。建立了行星齿轮箱扭转振动信号模型,推导了Fourier频谱、幅值解调谱和频率解调谱的解析表达式,总结了上述频谱的结构特点。应用故障实验数据验证了上述理论分析结果。     

小型风电行星齿轮的结构设计及动力学分析

应用于家庭小型低风速风电领域的永磁同步发电机往往尺寸较大,增加了生产制造的成本,给发电机的运输以及安装带来困难,将增速齿轮箱引入风电机组提高输入转速,能够减小发电机的尺寸和降低制造成本。行星齿轮具有结构紧凑、抗冲击能力强、效率高等优点。对行星齿轮进行结构选型设计计算,确定行星齿轮各构件的尺寸,在计及时变啮合刚度以及综合啮合误差的条件下通过集中参数法建立平移-扭转非线性动力学模型,并采用四阶Runge-Kutta法进行数值求解。结果表明,行星齿轮各构件各向振动位移幅值较小,可将行星齿轮运用于低风速风电领域。     

基于振动的储能电池异常工况预警新方法

文中引入振动信号作为一种新的储能电池状态参数,通过搭建储能电池振动信号检测平台,对电池设置正常充电、过充和外部短路后充电三种运行工况,并采集其振动信号。为了完整还原储能电池振动信号的特征,对采集信号进行傅里叶变换和连续小波变换,提取不同工况下的幅值特征和能量特征,得到以下结论：(1)电池在不同工况下的振动特征存在区别;(2)两种异常工况的特征均可归纳为主频率改变、振动幅值上升和信号能量向中高频段转移。电池异常工况振动特征的发现,有望对储能电池的状态监测和异常工况预警提供新的研究思路和参考。     

行星齿轮箱齿轮局部故障振动频谱特征

齿轮局部损伤在齿轮箱故障中占有很大比例,其频谱特征与分布式故障具有明显区别.研究太阳轮、行星轮和齿圈局部故障振动信号的频谱结构对于行星齿轮箱故障诊断具有重要意义.考虑齿轮局部故障对啮合振动的调幅调频率作用、以及振动传递路径变化对振动测试信号的调幅作用,建立了行星齿轮箱局部故障振动信号模型,推导了频谱解析表达式.给出了太阳轮、行星轮和齿圈局部故障特征频率的计算公式.通过实验信号分析验证了理论推导结果,应用频谱分析方法分别诊断出了太阳轮、行星轮和齿圈局部故障.     

行星齿轮箱齿轮分布式故障振动频谱特征

深入透彻地了解振动信号的频谱结构,有助于通过简单易行的频谱分析对行星齿轮箱进行故障诊断。考虑齿轮制造误差和分布式故障对啮合振动的调幅调频作用、以及行星轮通过效应对振动测试信号的调幅作用,建立了行星齿轮箱正常和分布式故障状态下的振动信号模型,推导了频谱解析表达式。给出了太阳轮、行星轮和齿圈分布式故障特征频率的计算公式。通过实验信号分析验证了上述理论分析结果,基于频谱分析诊断了自然产生发展的齿轮分布式故障。     

高压组合电器水平母线振动特性研究

高压组合电器设备（gas insulated switchgear,GIS）运行中产生异常机械振动缺陷,对设备危害极大,因此,GIS正常运行时的振动特性对其运行状态评价与故障诊断具有重要意义。以三轴加速度传感器为核心搭建了振动检测系统,在某330 kV变电站GIS上测取振动信号,从时域和频域出发分析了振动的成因。研究结果表明,GIS表面信号可由径向、轴向和切向振动描述,由于受力模式不同,振动特性与测点位置有关：同一测量面的不同测量点,由上至下,径向振动幅值先降后升,切向振动幅值先升后降;同一测量点的不同测量面,越靠近母线中央,径向和切向振动幅值越大,轴向振动表现复杂。振动频率集中在100 Hz左右,存在2种特殊情况。     

行星齿轮箱故障诊断的幅值解调分析方法

齿轮故障的调幅调频效应以及振动传递路径的变化使得行星齿轮箱振动信号频谱具有复杂的边带结构.调幅部分包含齿轮故障信息.为了简化诊断分析,根据行星齿轮箱振动信号的调幅特点,提出了幅值解调分析方法.推导了包络谱的解析表达式,总结归纳了太阳轮、行星轮和齿圈故障振动信号包络谱的频率结构特点.通过行星齿轮箱故障实验信号分析验证了上述理论分析结果,基于包络谱诊断出了太阳轮、行星轮和齿圈的局部损伤故障.     

基于广义回归神经网络的变压器表面振动基频幅值计算

变压器振动基频幅值大小是分析和评判变压器运行状态和故障诊断的重要依据。为此,提出一种基于广义回归神经网络(GRNN)的变压器振动基频幅值计算方法,用于计算正常运行状态下的变压器表面振动基频幅值。所提方法考虑变压器振动产生机理和影响因素,先根据变压器运行电压、负载电流、油温等历史运行工况数据以及表面振动历史数据进行GRNN训练,保存训练好的GRNN网络即可根据实时运行工况数据计算变压器表面振动基频幅值。某台在运变压器表面振动实测信号的计算结果表明:所提方法比现有方法计算误差大幅下降约50%。研究结果可为变压器振动在线监测提供重要参考。     

变转速下局部裂纹故障行星传动系统动力学分析*

行星传动系统转速发生变化,会导致振动信号出现非平稳特性。但由于齿轮啮合转过的角度是恒定的,因此将时域的非稳态工况转化为角域的伪稳态工况能有效地解决问题。综合考虑行星传动系统水平、垂直和扭转三方向的振动,行星轮啮合相位差及各部件的附加弹性力等因素,建立行星系动力学模型,以行星轮啮合角位移为啮合周期,分别计算太阳轮、行星轮和内齿圈发生局部裂纹故障的时变啮合刚度及动态响应,并分析裂纹故障对动力学特性的影响。     

灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

单级行星齿轮箱行星轮故障动力学分析

针对单级行星齿轮的裂纹故障问题,采用集中参数法建立了平移—扭转耦合动力学模型,分析了单个行星轮在不同裂纹程度下、不同行星轮故障数量下系统的响应特性。结果表明,当单个行星轮发生裂纹故障时,随着裂纹程度的增大,系统振动剧烈程度变大,二倍频谱能量占比逐渐增大到97%,相轨图明显由内八字逐渐变为单圆周曲线,系统运动趋于平稳;当行星轮故障数量增大时,系统振动剧烈程度变小,频谱中二倍频能量占比逐渐减小到64%,相轨图内八字明显,系统运动趋于复杂。     

碳纤维环氧织物复合材料受力位置识别方法

由于高速列车在运行过程中,车下设备舱底板由于受到不同程度异物撞击,使得复合材料性能下降影响列车运行安全,所以寻求一种可靠、准确的方法检测损伤位置显得尤为重要。由于复合材料受力变化会引起相关结构参数及模态特性变化,现拟用一种模态分析方法预测复合材料的受力位置,对模态参数（固有频率及相对振幅比）与受力位置之间的关系进行研究。通过模态分析软件m+p SO Analyzer建立复合材料对应的平面模型,对复合材料的振动特性进行测试分析,建立不同位置受力时,复合材料的固有频率及相对振幅比等高线图;进一步,通过固有频率确定受力位置到复合材料中心的距离;最后,结合相对振幅比确定复合材料的受力位置。结果表明,基于固有频率及振幅变化可以成功预测碳纤维环氧树脂复合材料试件的受力位置,并可以将误差控制在5%的范围内。     

基于特征融合与 ResNet 的行星齿轮箱故障诊断

针对行星齿轮箱振动信号相互耦合和故障诊断不准确等问题,提出一种基于特征融合与深度残差网络(ResNet)的行星齿轮箱故障诊断方法。首先,对采集到的行星轮裂纹、磨损,太阳轮断齿及复合故障等模拟故障振动信号应用多维集成经验模态分解(MEEMD)和VMD进行分解,分别筛选确定有效分量。然后,将筛选出的有效特征进行融合,分别应用传统卷积神经网络(CNN)和深度残差网络对其进行分类识别。结果发现,深度残差网络,分类准确度更高,可达95%以上。最后,应用深度残差对特征融合前后数据的分类准确度进行了比较。融合前准确度最高只达91.16%,低于融合的97.18%。可见,该方法对行星齿轮箱耦合振动信号的处理和故障诊断非常有效。     

基于振动的变压器铁芯松动定位

为对油浸式电力变压器铁芯松动进行定位判断,对变压器油箱表面测得的振动进行分析研究.首先理论分析变压器空载运行时油箱表面不同位置振动信号的特点以及变压器在铁芯松动前后振动信号的变化规律,然后对一台油浸式变压器进行实验,分析铁芯松动对油箱测点的影响.实验结果表明：振动信号基频分量幅值与空载电压的平方呈线性关系;当A、B、C 三相中某一相铁芯发生松动故障时,此相铁芯上方对应位置测点的振动信号基频分量幅值比正常时增大,且随铁芯松动程度增大而变大,其他两点的振动幅值先减小后增大.可根据此规律进行铁芯松动诊断以及初步定位.     

基于加窗振动分离和变分模态分解的行星轮故障特征提取

行星齿轮箱振动信号复杂且其传递路径具有时变性,导致故障特征提取困难。针对该问题,提出基于加窗振动分离和变分模态分解(VMD)的行星轮故障特征提取方法。首先利用角域同步平均消除非同步分量;随后对平均后的振动信号进行加窗分离;采用观察中心频率的方法确定参数K,然后对分离的振动信号进行VMD分解并选取包含故障的特征分量;最后对选取的特征分量进行Hilbert解调分析实现故障特征提取。通过行星轮齿根裂纹故障实测信号分析,验证该方法能有效提取行星轮故障特征。     

运行中电力变压器油箱表面振动特性的研究

电力变压器油箱表面的振动信号与变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态密切相关.因此,振动信号分析法是监测电力变压器绕组和铁心状况的有效方法之一.本文利用组建起的变压器振动测量系统,对现场正在运行中的电力变压器油箱表面的振动信号进行了测量,分析了变压器型号、传感器安装位置对所测得的振动信号的影响,结果表明:同型号变压器油箱表面的振动特性相似;油箱表面上下对称位置处的振动特性相差不大,而其它各个位置处的振动信号都没有可比性.最后,本文研究了传感器的安装位置略有变化时,所测得的振动信号的变化情况,提出了应对传感器安装位置进行标记,在进行下次测量时,传感器安装位置最好在标记点处或偏离不超过5 cm.本文的研究成果对于振动信号分析法的实际应用具有一定的指导意义.     

机械振动诱发过冷三水醋酸钠蓄热单元释能特性实验研究

利用钢球敲击和电磁振动器诱发圆角矩形蓄热单元内稳定过冷三水醋酸钠溶液凝固并释放热量,实验研究了蓄热单元表面不同敲击位置以及不同振动频率和输入电压下结晶诱导时间的变化规律。结果表明:17个敲击位置的诱导时间图谱可分为3个层次,即法兰附近、四周边角和单元中间位置,相应平均诱导时间依次为10.2 s,30 s,50 s,尤其处于法兰和边角之间的敲击位置诱导时间最短,均在10s内;经作用强度测试,实验电磁振动装置在单元表面同一位置的振动加速度和位移值约为钢球敲击的1/4;在0~20 Hz内,随着电磁振动频率增加,诱导时间单调递减且变化率整体呈减小趋势,其中20 Hz为较佳触发频率,诱导时间仅为33.3 s;输入电压增大导致振动功率增大,单位时间输入能量增大,诱导进程加快,输入电压为36V的诱导时间约是12 V的1/3。实验结果为机械振动诱发过冷水合盐凝固释能系统设计提供参考。     

不同负载电流下变压器表面三维振动信号特征分析

变压器表面振动信号与绕组及铁芯运行状态密切相关。采集正常运行中变压器表面三维振动信号,结合负载电流和运行电压数据,分析总结不同方向变压器表面振动信号的时域峰值特征和频域能量特征。提出能量—电流灵敏度指标EC-S,用于定量描述变压器表面振动信号各频点能量受负载电流变化的影响,基于该指标分析了可表征变压器绕组振动状态的特征频点。结果表明同一位置不同方向的变压器表面振动信号差异显著,三维振动信号较单一方向振动信号能更全面地反映变压器绕组振动变化。     

绕组振动信号监测法中测试位置的影响与分析

振动法能有效地检测变压器运行中的绕组状况。应用振动测试系统研究了不同负载电流和压紧状况下连续式绕组不同位置的振动信号以及测量位置对振动信号基频分量幅值的影响 ,还初步分析了压紧状况变化对不同位置的绕组振动信号的影响。基于此确定了可更好地提取振动信号特征向量的测试位置