基于平方包络谱相关峭度的最优共振解调诊断滚动轴承故障

利用峭度指标识别滚动轴承共振频带,结合包络分析解调故障特征,是滚动轴承故障诊断的常用方法。峭度指标虽然能够表征瞬态冲击特征的强弱,却无法利用瞬态冲击特征循环发生的特点,导致其难以区分脉冲噪声和循环瞬态冲击,无法准确识别共振频带,进而容易导致错误的故障诊断结果。受峭度和信号自相关的启发,重新定义相关峭度,提出平方包络谱相关峭度新指标;并结合Morlet小波滤波和粒子群优化算法,提出一种滚动轴承最优共振解调方法。通过与峭度、谱峭度等进行对比,仿真和试验分析结果表明平方包络谱相关峭度能够准确识别循环瞬态冲击;最优共振解调能够稳健确定共振频带的最优中心频率和带宽,准确解调诊断滚动轴承故障,验证了平方包络谱相关峭度在检测循环瞬态冲击和识别最优共振频带中的有效性和优越性。     

结合频谱聚类与经验小波的轴承故障诊断方法

实测轴承振动信号就有非平稳、非线性特征,因此,对该类信号的分析需要进行解调得到特征频率,在众多解调法中包络分析是最为常用的方法;为了使解调结果更加清晰,常在解调前进行滤波,达到滤除干扰成分可有效提升解调的效果.经验小波变换提供了基于频带划分的小波滤波框架,划分后频带可滤除部分干扰信号,突出故障信号.对此,受"箱型图"和层次聚类法的启发,对"突出值"聚类法进行频带划分,通过平方包络互相关系数选取合理的频带划分个数.最后选取平方包络峭度值最大的滤波子信号进行Teager能量算子解调,获取特征频率.文章针对不同工况下的不同故障类型轴承运行数据进行分析,验证算法的有效性.特别地,在复合故障分析中,利用动态阈值法到达分别突出不同轴承故障频率的效果.     

基于小波降噪与RSSD的滚动轴承故障特征提取技术研究

滚动轴承故障振动信号呈现出非线性、非平稳性及噪声背景较强等特点,为了有效提取故障特征,提出了一种小波降噪与共振稀疏分解(Resonance-based sparse signal decomposition,RSSD)相结合的振动信号特征提取技术。共振稀疏分解是基于品质因子可调小波变换与形态分量分析的一种新的信号分解方法,与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,它依据信号各分量的振荡形态不同对信号进行分解。先通过小波阈值降噪方法明显减小信号中的噪声,随后对降噪后的信号进行共振稀疏分解,将信号分为不同共振特性的分量,即具有持续振荡特性的高共振分量和具有瞬态冲击特性的低共振分量。最后通过对分解所得到的低共振分量采用Hilbert包络解调方法提取冲击故障特征。将该方法分别应用于仿真信号和轴承实验台故障冲击性实例,验证了该方法的有效性。     

基于形态滤波和Laplace小波的轴承故障诊断

针对强噪声背景下,轴承故障冲击响应的提取易被周围噪声干扰的问题,提出了一种基于数学形态学滤波和Laplace小波的包络谱分析方法。首先通过形态学滤波来滤除信号中的复杂噪声,增强信号的冲击特征,然后采用Laplace小波相关滤波法提取信号的冲击响应,最后对提取的冲击相关系数进行包络谱分析,即可诊断出故障。该方法结合了数学形态滤波和Laplace小波两者的优点,可以准确地捕捉到强噪声下的故障脉冲。将该方法应用于轴承内圈、外圈的故障诊断,与传统包络谱分析方法的对比结果很好地验证了所提方法的有效性。     

基于自适应复平移Morlet小波的轴承包络解调分析方法

针对滚动轴承的传统包络解调分析技术需要人工选择参数的缺点,提出一种自适应包络解调分析方法。该方法针对轴承故障在振动信号中表现为冲击衰减波形的特点,采用复平移Morlet小波实现冲击特征波形的自动提取。同时,基于小波系数峭度值最大的优化策略,给出Morlet小波基函数的中心频率和包络因子的优化方法,从而实现与冲击特征成分的最优匹配,获得较好的包络信号。对模拟信号和实际轴承故障数据的应用分析表明,该方法通过对基函数波形的优化匹配,可以有效地解调出弱故障特征分量,效果优于普通的复平移Morlet小波变换,适合于轴承的早期故障特征提取。     

电机与负载轴承耦合故障的谱峭度诊断方法

当机电传动系统中电机轴承与负载轴承同时发生故障时,呈现出振动信号复杂、轴承故障信号信噪比差、故障特征不明显的特点。针对上述问题,提出了基于小波和谱峭度相结合的轴承耦合故障诊断方法。首先,通过小波分解可以将耦合故障的多频带故障特征分解到各个子频带中,减少不同故障之间的相互影响;其次,根据谱峭度最大原则自动选择最佳带通滤波进行滤波,对滤波后的信号进行包络分析,从包络谱中对故障特征频率进行快速有效的识别,进而确定故障类型和故障位置;最后,利用支持向量机实现电机轴承耦合故障的模式分类。实验结果表明,利用该方法能够有效地滤除噪声干扰,提取强谐波信号下的弱故障特征,效果优于传统谱峭度分析方法。     

噪声参数最优ELMD与谱峭度在滚动轴承故障诊断中的应用

为了精准、稳定地提取滚动轴承故障特征,提出一种噪声参数最优总体局部均值分解(Ensemble Local Mean Decomposition,ELMD)与谱峭度(Spectral Kurtosis,SK)相结合的轴承故障诊断新方法。首先引入相对均方根误差确定ELMD方法中的最优噪声幅值;然后对故障信号进行噪声参数最优ELMD分解,并选取具有最大相关性的窄带乘积函数(Product Function,PF)作为重构信号;最后利用谱峭度方法和包络解调方法对重构信号进行处理。实验结果表明,噪声参数最优ELMD方法可以有效地抑制ELMD分解中的模态混叠,与谱峭度结合可以准确地提取滚动轴承故障特征。     

基于峭度与小波包络分析的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承振动信号具有变频和冲击的特征,采用峭度指标、小波分解和Hilbert包络分析相结合的方法对滚动轴承进行故障分析。首先对运行中的滚动轴承振动信号进行峭度指标分析,进行早期故障判断,进而小波分解消除噪声和干扰信号,再重构能量集中频段的小波信号,最后进行Hilbert包络谱解调分析,得到反映故障特征频率的包络信号。仿真实例表明,该方法可以有效地对滚动轴承进行故障诊断。     

小波包和峭度在轴承早期故障分析中的应用

为实现轴承故障的精确诊断,提出一种基于小波包与峭度准则的包络解调方法。当信噪比较小时,该方法可以剔除含噪信号,与现阶段经常使用的细节系数能量方法相比,可更为有效地提取轴承的故障信息。该方法首先利用小波包将振动信号分解,突出小波包降噪效果的明显性;然后以峭度准则提取降噪后信号所需的细节系数并对其重构;最终进行包络谱分析,准确地检测出轴承故障,提高轴承故障诊断的精确度。     

轨道列车轴箱轴承状态监测方法

基于快速谱峭度的轴承诊断方法在恒转速工况和信号高信噪比下具有较好的诊断效果，但在轨道列车处于变转速工况、强噪声干扰以及轮轨冲击环境下难以适用。提出一套基于阶次分析和相关谱峭度方法的诊断流程：首先同步采集振动信号和转速信号，通过阶次分析对信号进行平稳化处理；然后计算信号相关谱峭度得到最优解调频带及其对应的解调谱；最后从解调谱中识别轴承的故障频率。模拟试验台以及实车数据验证了该方法可以在变转速、强干扰噪声及轮轨冲击下准确提取轴承的故障特征频率，实现轴承故障诊断。     

基于MODWPT和MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对齿轮啮合强振动干扰下滚动轴承微弱故障特征提取难的问题，提出一种最大重叠离散小波包变换(MODWPT)和最大相关峭度解卷积(MCKD)相结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先采用MODWPT方法将复杂的轴承故障振动信号分解为若干分量，然后依据峭度准则，选取峭度较大的分量进行MCKD滤波，最后对滤波后所得信号做Hilbert包络分析，将包络谱呈现的频率特征与理论故障特征频率相比较，识别故障特征，实现故障诊断。通过轴承故障的仿真及实验研究，并对比单一MCKD方法和EMD-MED方法的提取效果，说明该方法可以在一定程度上抑制齿轮啮合强振动及噪声的干扰，增强并有效提取出滚动轴承早期低频微弱故障特征。     

基于VMD与增强包络谱的轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承的早期故障信号容易受到噪声的干扰,造成信号的信噪比较低等问题,结合VMD和增强包络谱两种算法的优势,提出了一种基于遗传算法优化VMD与增强包络谱的轴承故障诊断方法。首先,使用包络熵与平方包络谱峭度的组合作为遗传算法的适应度函数,对变分模态分解的参数进行了寻优,得到了最优的模态分量个数和惩罚因子组合;然后,使用最优参数组合对轴承故障信号进行了变分模态分解,得到了若干模态分量,并选择了最小适应度值对应的最优模态分量;最后,为验证该方法的有效性,采用无刷直流电机轴承和全寿命加速退化轴承两种实测信号进行了轴承故障类型识别分析。研究结果表明：相比传统方法,采用基于VMD与增强包络谱的方法,其输出信噪比平均提升了5.94 dB,对于全寿命轴承退化数据可提前600 min识别出轴承的早期故障;该方法具有输出信噪比高、适应性好等优点,在轴承的微弱信号检测和早期故障识别方面具有较好的应用前景。     

基于双树复小波变换的轴承故障诊断研究

提出了一种基于双树复小波变换解调技术的轴承故障诊断新方法。该方法利用双树复小波变换具有近似平移不变性、避免频率混叠和有效降噪的优点,首先对轴承故障振动信号进行双树复小波分解和重构,将振动信号分解成实部和虚部,然后计算振动信号的双树复小波幅值包络和包络谱。齿轮箱轴承故障振动实验信号的分析表明,该方法能在强噪声环境下准确提取轴承故障产生的周期性瞬态冲击信号,能有效消除频率混叠现象和强噪声的影响,能有效识别轴承内圈和外圈故障。     

基于VMD和快速谱峭度的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承故障发生初期,故障冲击特征微弱难以识别以及共振解调中带通滤波器参数难以选择的问题,提出了基于变分模态分解与快速谱峭度的轴承早期故障特征提取方法。首先采用VMD对轴承早期故障信号进行预处理,依据峭度准则选取峭度值较大的分量进行重构;然后应用快速谱峭度法确定滤波器最优参数,使用带通滤波器对重构信号进行降噪处理;最后应用Hilbert解调方法对消噪后信号进行包络解调,分析包络谱得到诊断结果。对仿真信号和轴承试验数据的诊断分析表明,该方法可有效识别出早期故障信号。     

基于峭度准则VMD及平稳小波的轴承故障诊断

为了从强噪声背景下的轴承振动信号中准确稳定地提取滚动轴承故障特征,提出了基于峭度准则VMD及平稳小波的轴承故障诊断方法。使用变分模态分解对同一负荷下的故障信号进行预处理,通过峭度准则筛选出最佳和次佳信号分量进行重构并使用平稳小波进行去噪处理,最后分析信号的包络谱来对轴承的故障类型进行判断。通过对仿真滚动轴承内圈故障信号进行分析,该方法可成功提取出微弱特征频率信息,噪声抑制效果优于EMD。由此表明,基于峭度准则VMD及平稳小波的轴承故障诊断可有效提取强声背景下的滚动轴承早期故障信息,具有一定的可靠性和应用价值。     

轴承故障声发射信号多频带共振解调方法

轴承故障声发射信号具有高频率、宽频带、多频率成分组成特性。针对轴承故障声发射信号的多频带共振解调问题,基于故障先验知识确定滤波带宽,利用窄带解调Protrugram算法迭代搜索多个可解调中心频率,在对应的多个窄带范围内实现故障频率的解调识别。仿真和实验信号处理结果表明,窄带包络解调方法能够找到多个可用解调窄带,对应解调包络谱中均可清楚地识别故障频率,且包络谱具有故障频率谱线清晰,倍频成分衰减明显的特点。     

基于最优小波基的轴承故障状态特征提取方法研究

针对轴承故障诊断中最优小波基的选取问题,通过计算SUMVAR值选取最优小波基。用不同小波基对轴承故障仿真信号和故障实验信号进行降噪处理,分析降噪后信号与原信号的能量比值,降噪后信号与原信号标准差,峭度等指标,验证所选小波基的优越性。并对使用最优小波基降噪后信号做希尔伯特包络解调分析,结果表明,该方法能准确提取轴承故障特征频率。     

基于相关峭度准则EEMD及改进形态滤波的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承早期微弱故障常被强烈的背景噪声湮没,造成故障特征提取困难的特点,提出了基于相关峭度准则EEMD及改进形态滤波的轴承故障诊断方法。首先利用EEMD将轴承故障信号分解成有限个IMF分量,然后采用相关峭度准则选取分量并重构,再利用基于相关峭度准则的改进形态滤波对重构信号进行滤波解调,最后将滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,找出故障特征进行识别。试验表明:该方法能有效抑制噪声,特征提取效果更加明显,适用于轴承故障的精确诊断。     

基于倒谱预白化和随机共振的轴承故障增强检测

轴承损伤引起的冲击受到离散频率分量和噪声干扰,使轴承故障检测面临困难。结合基于倒谱编辑(Cepstrum editing procedure, CEP)的信号预白化和随机共振(Stochastic resonance, SR)微弱信号检测技术,提出一种轴承故障增强检测的新方法。信号预白化能够提升轴承振动信号的冲击特性,产生包含白噪声和轴承局部故障信号的白化信号。在未知最优共振频带的情况下,对白化后的轴承振动信号进行包络分析,增强故障特征分量的同时引入了较多噪声。通过随机共振的归一化尺度变换,将轴承包络信号作为检测模型的输入,增强轴承故障特征频率分量。提出将轴承故障特征频率处的局部谱峭度和局部信噪比作为对照指标。实测正常和外环植入故障轴承的诊断结果表明,提出的方法优于基于谱峭度优化的包络分析和单纯的信号预白化方法。     

基于谱峭度法的滚动轴承故障诊断研究

共振解调是滚动轴承故障诊断中最常用的方法之一,然而其带通滤波器参数的选取通常比较困难.谱峭度法可以根据峭度最大化原则自动确定带通滤波器参数.采用一种基于峭度最大化的谱峭度法设计最优带通滤波器,利用包络分析进行故障诊断,通过实际轴承故障振动信号分析表明,该方法具有良好的效果.