小波包能量谱在转子碰摩故障诊断中的应用

针对转静碰摩故障的振动响应问题,采用小波基函数db6三层小波包分解和能量谱相结合的分析方法,对实测的碰摩故障信号进行频带能量特征提取。通过对仿真和实测信号进行小波包分解后作频谱分析发现:当转子发生转静碰摩故障时,频谱图中除了转子的工频外,在分频、分频倍频处引起比较稳定的分数谐波,并出现了3x等高阶倍频频率成分。在对实测信号作进一步能量谱分析时,存在碰摩特征频率的频段能量发生了变化,因此小波包能量谱分析方法能够很好地区分转子的碰摩故障。     

基于Hilbert-Huang变换的转子碰摩故障特征分析

Hilbert-Huang变换(HHT)得出的时频图是分析非平稳信号的有效工具.应用HHT时频方法对转子早期局部碰摩和全局碰摩故障信号进行了分析,与传统的频谱分析比较表明:HHT时频方法具有良好的时频聚集性,能够很好地反映转子系统早期故障信号的时频特征,可以有效地对转子系统碰摩早期故障进行诊断.通过对全局碰摩故障信号分析,说明碰摩过程中摩擦力是不均匀的,碰摩接触面积的增大在时频图上表现为基频成分的波动变化加剧和高频成分的增加.基于HHT的三维谱图和时频亮度谱图能清晰地显示碰摩故障的频率、时间和振幅信息,为工程实际中转子系统的早期碰摩故障诊断和全局碰摩特征分析提供了有效的依据.     

基于Teager-Huang变换的转子局部碰摩故障诊断

针对转子碰摩故障诊断问题,提出一种基于Teager-Huang变换的转子局部碰摩故障特征提取方法,该方法首先通过经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)将原始振动信号分解为若干个本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,然后利用Teager量算子计算IMF分量的瞬时幅值和瞬时频率,得到故障信号的时频分布信息。通过转子局部碰摩故障诊断实例分析结果表明Teager-Huang变换方法比Hilbert-Huang变换方法能更好地追踪转子碰摩的发生,并能有效提取转子碰摩故障特征,验证了该方法的有效性。     

二阶循环平稳分析在转子早期碰摩故障识别中的应用

转子碰摩是典型的非线性动力学行为 ,其振动过程可以看作是周期过程与随机过程的合成 ,表现出循环平稳性 ,这使得传统方法 (比如功率谱 )很难提取出碰摩的早期特征。文中提出了一种新的基于循环平稳分析的早期特征提取方法 ,针对三种不同程度的碰摩故障进行了模拟实验并对其振动信号进行了二阶循环平稳分析 ,结果表明不同程度的碰摩产生不同的二阶循环频率成分 ,能有效地识别转子的早期碰摩故障。     

基于实测冲击响应的转子碰摩力方向识别方法

提出了基于实测冲击响应的转子碰摩故障诊断特征提取方法.实验表明,该方法能够克服已有方法的缺点,可以准确提取信号中的冲击响应成分,且易于实际应用.在此基础上,提出了确定转子碰摩方向即静子碰摩位置的方法,该方法将转子轴心轨迹中的冲击响应成分投影到各初始相位不同的旋转坐标系中,进而以初始相位为参数,以投影能量最大化为目标进行寻优,从而确定碰摩力方向.并通过实验验证了方法的可行性.     

机械转子动静碰摩故障的EMD分解Hilbert包络谱分析

为避免碰摩故障对旋转机械的影响,针对转子系统局部碰摩的特征,提出一种基于EMD分解Hilbert包络谱分析方法。该珐利用EMD方法分解含有碰摩故障的振动信号,提取出的IMF分量有明显的调幅特征,再对其中突出的IMF分量进行Hilbert包络谱分析提取出故障特征频率。与倒谱分析相比,得到的碰摩故障信息更加精确;与小波分析相比,能更容易提取出真实的故障特征。     

运用BF-HHT的转子径向碰摩故障特征提取方法

针对现有希尔伯特-黄变换(HHT)方法在进行特征提取时,估算部分多频固有模式函数(IMF)瞬时频率不准确的问题,提出了一种基于带通滤波的希尔伯特-黄变换算法(BF-HHT)。该算法首先确定信号主要能量所在频率;然后以这组主要能量所在频率为中心频率设计一组带通滤波器,对原信号进行滤波;最后用HHT方法提取信号的时频特征。转子试验台和实际机组的径向碰摩故障信号的试验与分析结果表明,BF-HHT算法不仅能准确提取到转子径向碰摩故障信号中出现的频率成分,而且能对故障特征频率出现或消失的时刻精确定位,其特征提取效果明显优于HHT方法。     

航空发动机快变信号的匹配同步压缩变换研究

航空发动机快变信号特征提取是航空发动机健康监测与故障诊断的关键技术之一。针对航空发动机快变信号特征提取需求及其瞬时频率快变的特点,提出了匹配同步压缩变换方法。构造了匹配快变信号调频结构的瞬时频率估计算子,能同时考虑快变信号时频能量随频率和时间方向的分布,从而提高快变信号时频表示的能量聚集性,提升航空发动机快变信号提取能力。通过航空发动机主轴承寿命试验机的碰摩故障试验,以及某型航空发动机的碰摩故障诊断工程案例,验证匹配同步压缩变换方法对于航空发动机快变信号处理的有效性。工程应用结果表明,对于航空发动机转子系统动静碰摩故障,匹配同步压缩变换能够有效提取该故障导致的振动信号瞬时频率快速振荡的强时变特征,从而诊断转子系统碰摩故障。     

基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法

提出了基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法,该方法用信号共振稀疏分解从转子系统振动信号中提取早期碰摩冲击信号。与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,信号共振稀疏分解方法根据信号中各成分品质因子的不同,将信号分解成高共振分量和低共振分量。当转子出现早期碰摩故障时,振动信号由以转频及谐波为主要成分的周期信号、包含转子故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成。周期信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;瞬态冲击信号为宽带信号,具有低的品质因子,可分解为低共振分量。利用信号共振稀疏分解方法从转子早期碰摩信号中提取冲击成分,根据冲击的周期可进行转子早期碰摩故障诊断。算法仿真和应用实例验证了该方法从转子系统中提取早期碰摩冲击信号的有效性。
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基于傅里叶分解方法的航空发动机转子故障诊断

针对传统时频分析法无法提取转子故障特征信息的问题,提出了基于傅里叶分解方法(FDM)的转子碰摩故障诊断方法。构造了调频调幅仿真信号,对比FDM、集合经验模态分解(EEMD)、变分模态分解(VMD)的分解结果发现,FDM能够实现仿真信号的完备性分解,且时频分辨率高。利用FDM对采集到的转子试验器机匣单点-转子全周碰摩试验故障数据进行诊断,不同算法故障信号分解结果的周期功率谱密度估计和故障特征提取结果表明,该方法具有更高的诊断可靠性,可有效地解决转子故障诊断问题。     

基于形态成分分析的汽轮机转子早期碰摩微弱故障诊断

作为电力行业的关键咽喉设备-汽轮机,对其早期微弱故障进行有效诊断有着重要的安全及经济意义.汽轮机发生早期动静碰摩故障时信号主要为转子工频成份及转子与支撑间碰摩所致瞬态冲击信号成份.据形态成分分析的原理,分别构建正弦基及冲击原子库,对故障信号进行匹配分析,进而实现转子早期动静碰摩信号工频成份与瞬态冲击成份的有效分离,对碰摩故障进行模式识别.通过仿真信号及转子碰摩实验信号验证形态成分分析方法在转子早期碰摩故障诊断中的有效性.     

局部积分双谱及其在齿轮故障诊断中的应用

提出了一种局部积分双谱分析方法,探讨了局部积分双谱抑制噪声的能力,利用局部积分双谱分析了正常齿轮和早期剥落齿轮振动信号。局部积分双谱可以分析出齿轮故障的调制现象,结果显示,局部积分双谱与传统的双谱切片相比能较全面地反映双谱信息,是处理齿轮故障调制现象的有力工具。     

全矢局部特征尺度分解及其在转子碰摩故障特征提取中的应用

为了更完整的提取转子碰摩故障特征,提出了一种新的转子碰摩故障特征提取方法——全矢局部特征尺度分解(Full vector local characteristic decomposition,FVLCD)。FVLCD将局部特征尺度分解(Local characteristic decomposition,LCD)和全矢谱(Full vector spectrum,FVS)相结合,通过LCD将互相垂直通道的振动信号分解成系列内禀模态分量并用Hilbert变换对其进行解调得到包络信号;然后通过FVS融合包络信号得到相应的全矢谱,在此基础上进行机械故障诊断。转子松动-碰摩故障分析结果表明该方法有效融合两个通道的振动信号信息,获取的故障特征更全面、准确。     

转子碰摩严重程度量化检测方法研究

基于分形理论、熵理论及小波变换方法,提出用关联维数和小波能量谱熵对转子系统不同碰摩程度进行量化检测的方法。首先,利用转子碰摩模型仿真了不同碰摩程度下的振动信号,并计算了信号的关联维数和小波能量谱熵,研究了关联维数和小波能量谱熵随转子不同碰摩程度的变化规律,发现这两种特征量与转子碰摩程度之间存在良好的相关性,表明其可以作为转子碰摩程度量化检测的重要特征量。最后,利用ZT-3多功能转子实验器,模拟了不同碰摩状态的振动信号,对该方法进行实验验证。结果表明:关联维数和小波能量谱熵对转子碰摩严重程度量化检测的有效性。     

结合复小波包变换及频谱校正的机械转子碰摩故障诊断方法研究

针对机械转子系统中碰摩故障发生时故障特征微弱及识别困难的问题,提出一种结合双树复小波包变换及频谱校正的故障诊断方法。首先对于振动位移信号中工频基波成分,采用频谱加矩形窗的频谱校正方法识别其谐波信息,通过构造补偿信号进行对消,以减少其对后续特征提取的影响。其次通过双树复小波包对补偿过的信号进行多尺度分解;最后对小波包子空间信号进行希尔伯特包络解调分析,通过瞬时幅值及瞬时频率信息诊断转子的动静碰摩故障。在转子实验台上进行了实验验证,结果表明提出的方法能有效提取转子碰摩产生的微弱故障特征。     

小波包-双谱分析和Hilbert-双谱分析的滚动轴承故障诊断方法对比研究

滚动轴承故障诊断是机械故障检测中的一个重要方面. 为了提取滚动轴承微弱振动信号,给出了两种方法小波包-双谱分析法和Hilbert-双谱分析法,并就不同状况对两者进行了对比研究,结果表明,两者都克服了传统谱分析和普通双谱分析中不能充分体现故障信号的缺点.在高斯和非高斯噪声干扰很小时,前者优于后者;在高斯噪声干扰下,而前者更优于后者,在非高斯噪声干扰下,后者则无能为力,前者能够充分体现滚动轴承故障信息.所以小波包-双谱分析法为滚动轴承故障诊断提供了一种准确有效的方法.     

转子系统启动过程局部碰摩故障实验研究

通过转子台启动过程实验模拟了局部碰摩故障发生的过程,基于Hilbert-Huang变换（HHT）得到了不同程度局部碰摩故障的时频分布特征,给出了单点碰摩与局部碰摩故障的区分方法。实验分析结果表明,单点局部碰摩故障时频分布特征表现为瞬时频率沿基频的规律性的突变与波动,其强度与碰摩程度有关,并且突变时刻与碰摩发生位置相对应;局部接触碰摩发生时,时频图上基频成分波动变化加剧,出现低频及规律变化的高频成分。基于HHT的时频分布可以在转子系统发生局部碰摩早期发现故障,与传统的频谱分析相比,能更准确地反映碰摩故障的特征。     

转子--机壳碰摩故障研究

使用基于Henz接触理论的非线性碰摩模型，对工程中的多盘转子系统碰摩故障现象进行了研究。研究成果有助于更好地把握多盘碰摩转子的振动特征，可以为更准确地诊断转子碰摩故障和改善转子系统的动力学特性提供理论依据。     

旋转机械动静碰摩故障的振动监测研究

研究了旋转机械动静碰摩故障下转子与静子振动信号的变化规律.首先分析了碰摩转子和静子振动机理,通过实验对旋转机械在正常情况、轻微局部碰摩和严重局部碰摩三种情况下的动静件振动信号规律和特点进行分析.分析表明,静子振动信号对碰摩故障极为敏感,碰摩时静子振动信号的故障特征表现为调制特征,该特征可以较好地揭示碰摩故障的发生.为诊断碰摩故障提供了一种新思路.