基于c．RIO的阶次跟踪分析在风力发电中的应用

针对风力发电机组齿轮箱变速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪和信号包络提取技术相结合,提出了一种针对齿轮点蚀故障的诊断方法。首先利用Compact RIO对齿轮箱的振动信号进行了时域数据采集,然后对时域信号进行了包络提取,进而对时域包络信号进行等角域重采样得到等角域包络信号,最后对等角域包络信号进行了阶次跟踪分析;通过对比正常齿轮和点蚀故障齿轮的包络阶次谱,进而找到了点蚀故障齿轮的故障频率特征。模拟仿真结果表明,阶次跟踪分析可以解决传统傅里叶变换在处理非平稳信号时的“频谱模糊”现象。通过齿轮点蚀故障试验的分析,结果表明包络阶次谱能够用于有效地分析出点蚀故障齿轮的特征频率,阶次跟踪分析在风力发电机组齿轮箱的故障诊断中具有广阔的应用前景。     

基于包络加窗同步平均的行星齿轮箱特征提取

行星齿轮箱由于行星轮通过效应、太阳轮与行星架的旋转及时变工况,导致其振动响应存在时变传递路径及非平稳性等特点,且传统的同步平均将不能直接应用于行星齿轮箱。笔者在国外加窗同步平均的基础上提出一种能有效克服时变传递路径及非平稳性的基于包络信号角域加窗同步平均的行星齿轮箱故障特征提取方法。首先,基于谱峭度提取出行星齿轮箱振动信号的包络信号;其次,再利用计算阶比跟踪技术对包络信号进行等角度重采样,行星架每旋转一圈,选择合适的窗函数对角域信号进行多齿宽加窗截取;最后,验证齿轮啮合齿序特征,根据重排齿序对加窗信号进行重构振动分离信号,对振动分离信号进行角域同步平均,提取行星齿轮箱故障特征。行星齿轮箱故障实测信号分析表明,该方法能有效提取行星齿轮箱故障特征。     

快速谱峭度结合阶次分析滚动轴承故障诊断

针对变速齿轮箱振动信号非平稳、强干扰及信号调制等特征,导致滚动轴承故障难以精确诊断,提出了融合快速谱峭度的滚动轴承故障包络阶次谱诊断方法。采用快速谱峭度自适应确定滤波参数,对时域信号进行带通滤波和包络以提高信噪比,将包络后时域非平稳信号重采样后转换为角域伪平稳信号,消除“频率模糊”,对角域包络信号频谱分析得到阶次包络谱,根据阶次特征对比实现滚动轴承故障诊断,完成了从600~1 500 r/min升速过程中齿轮箱滚动轴承外圈故障的模拟与信号分析实验。结果表明,所提出的方法故障特征阶次最大误差为1.84%,能够有效提取变速工况下滚动轴承故障特征并判定其类型。     

基于小波包能量谱和Hilbert包络分析的行星齿轮故障诊断

行星齿轮啮合振动信号噪声干扰大,难以诊断齿轮的故障。提出一种基于扭转振动信号的行星齿轮故障诊断方法。结合小波包能量谱和Hilbert包络分析用于轴系扭转振动信号进行识别行星齿轮的早期故障。将这种方法应用于行星齿轮箱在行星齿轮磨损和行星齿轮出现断齿故障状态下采集到的实际故障行星齿轮扭转振动信号,发现这种方法能识别两种状态下的行星齿轮故障特征。将小波包能量谱和Hilbert包络分析应用于两种故障状态下的横向振动信号,发现行星齿轮磨损故障不能准确识别。实验结果表明新方法对行星齿轮早期故障的识别更敏感、准确。     

基于最小熵解卷积的谱峭度法在行星齿轮箱故障诊断中的应用

针对噪声干扰状态下行星齿轮箱故障诊断中的齿轮故障特征提取,提出最小熵解卷积与谱峭度结合(Spectral Kurtosis Method based on Minimum Entropy Deconvolution,MEDSK)的行星齿轮箱齿轮故障特征提取方法。利用MED对原始扭转振动信号进行预处理,抑制信号中的噪声干扰,提升行星齿轮箱中被噪声淹没的故障冲击成份。利用谱峭度对预处理后的信号选择最优的带通滤波器参数进行带通滤波,然后通过Hilbert变换进行包络解调,最后将解调出来的低频信号进行频谱分析得到MED-SK方法的包络谱。通过对仿真信号和承受多种载荷状态下采集到的行星齿轮箱输出轴实际行星齿轮故障扭转振动信号进行分析,验证了这种方法能准确地提取行星齿轮故障特征。     

齿面早期复合故障诊断

针对齿轮系统在复杂工况下轮齿表面早期复合故障难诊断的问题,分析了轮齿齿面不同故障引起的瞬时传动误差变化的规律,建立了含不同齿面故障的齿轮系统传动误差模型.根据齿轮系统传动误差信号的阶次特征,采用改进陷波滤波的方法,从传动误差信号中分离出轮齿故障引起的传动误差分量信号.经齿轮传动系统实验台实测传动误差信号实验验证,结果证明:传动误差信号信噪比高,轻载变速工况下,经陷波滤波分离的故障传动误差分量信号能够准确反映不同类型的齿面早期故障.     

基于ATF与ASAD的变转速齿轮故障诊断

针对变工况、强噪声状态下齿轮的故障特征难以提取的问题,提出了一种基于自适应时变滤波(Adaptive time-varying filtering,ATF)与角域同步平均降噪(Angle domain synchronous average denoising,ASAD)的齿轮故障诊断方法.将ASAD与ATF相结合,对降噪后的信号进行阶次谱分析,并通过阶次谱中的调制边频带即可诊断齿轮局部故障.通过分析模拟数据及变转速齿轮箱试验台的数据表明,该方法对变转速状态下的齿轮振动信号有很好的信号分析自适应性,不仅能很好地滤除噪声干扰,提升通带内的噪声抑制效果,且能有效凸显变转速下的齿轮故障特征.     

基于VMD阶比跟踪的变转速齿轮箱齿轮故障特征提取

针对变转速工况下齿轮箱齿轮阶比信号互相干扰故障特征难以提取的问题,提出了基于VMD(Variational Mode Decomposition)和阶比跟踪技术结合的齿轮箱齿轮故障特征提取方法。该方法通过计算阶比跟踪技术对振动信号进行角域重采样;获得重采样信号后,利用VMD按照中心阶比不同,自适应地将重采样信号分解,再利用峭度准则从IMF(Intrinsic Mode Function)分量中选取出故障信号;最后对故障信号进行快速谱峭图处理和滤波平方包络解调。通过变转速下齿轮箱的齿轮故障试验和对比分析,表明该方法能有效提取出变转速下齿轮箱的齿轮故障特征,且降噪效果明显,特征突出,适用于变转速齿轮箱的齿轮故障特征提取。     

基于.NET平台行星齿轮传动故障诊断系统

鉴于三级行星齿轮传动系统故障诊断方法的不足,开发了基于. NET平台的行星齿轮传动故障诊断系统,实现了多路信号实时采集与综合分析功能。首先采集行星齿轮传动系统的振动信号,然后运用基于. NET平台设计开发的行星齿轮传动故障诊断系统对数据进行时频域分析,并利用小波阈值降噪、包络谱分析、频谱细化、窄带解调等方法进行特征提取并对特征信息进行状态识别,最后对行星齿轮传动系统故障信号特征频率进行验证对比。试验结果验证了该行星齿轮传动故障诊断的可行性和有效性。     

基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断

针对变转速下齿轮箱中滚动轴承故障调制特征的提取与分离,提出了基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪(CPP)算法从齿轮箱滚动轴承故障振动信号中估计出齿轮啮合频率,由啮合频率除以齿数得到齿轮箱的转速,同时,采用Hilbert包络解调方法获取轴承故障振动信号的包络信号;然后根据获取的转速信息设计各阶时变零相位滤波器;再采用各时变零相位滤波器对包络信号进行分析,获取各调制信号;最后,利用转速信号对求取的各调制信号进行阶次分析,并根据各阶次谱来诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例分析表明,该方法可有效提取和分离变速齿轮箱中滚动轴承的各阶故障调制特征。     

机车走行部故障在线诊断的特征分析方法研究

在讨论特征分析方法原理的基础上，针对机车走行部故障在线监测过程中存在的信号分析与处理问题，运用整周期等角度采样方法将时域振动信号转换为角域信号，采用FFT变换将角域信号变换为对应的特征频谱，通过谱估计、谱图分析得到机车走行部各零部件的故障特征谱值，再根据该特征谱值识别机车走行部各零部件的故障。然后，根据机车走行部故障诊断的实际需要，设计了一套基于特征分析方法的机车走行部故障在线诊断系统。实验结果表明，该方法能准确、可靠地识别机车走行部故障。     

基于电机电流经验模态分解的行星轮故障诊断

在故障诊断领域,电机电流信号分析法(MCSA)已经逐渐应用于齿轮故障诊断中,但该方法在诊断行星轮缺齿故障时由于电流基频干扰较大,导致故障特征不明显,难以实现故障诊断。因此提出一种基于电流信号经验模态分解(EMD)的故障诊断方法。通过对电机电流信号进行EMD分解,选取合适的IMF分量经傅立叶变换求其频谱图,根据频谱图中是否存在与故障特征频率相关的频率,实现了对行星轮缺齿故障的有效诊断。并通过实验分析,验证了该方法的有效性。     

基于倒谱和包络解调的齿轮箱故障诊断

齿轮箱是设备上重要的传动部件,齿轮故障诊断对设备的长期安全运行起着至关重要的作用.根据齿轮振动机理及谱分析来进行振动信息处理和特征提取,是目前齿轮故障诊断中的一种有效方法.分析了齿轮箱的振动故障特性,提出了用解调谱和倒谱两种分析法相结合来对系统的输出信号进行故障诊断的方法.最后在齿轮故障模拟实验台上采集了故障下的振动信...     

Diagnosing planetary gear faults using the fuzzy entropy of LMD and ANFIS

The small size, low weight, and large transmission ratio of planetary gear have resulted in large-scale use, low speed, and heavy-duty mechanical systems. Poor working conditions of planetary gear lead to frequent occurrence of faults. A method is proposed for diagnosing faults in planetary gear based on fuzzy entropy of Local mean decomposition (LMD) and Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). The original vibration signal is decomposed into six Product function (PF) components and a residual using LMD. Given that decomposed PF components contain the main fault feature information, fuzzy entropy is used to reflect the complexity and irregularity of each PF component. The fuzzy entropies of each PF component are defined as the input of the ANFIS model, and its parameters and membership functions are adaptively adjusted based on training samples. Finally, fuzzy inference rules are determined, and the optimal ANFIS model is obtained. Testing samples are used to verity the trained ANFIS model. The overall fault recognition rate reaches 88.8%, and the fault recognition rate for gear with wear reaches 96%. Therefore, the proposed method is effective at diagnosing planetary gear faults.     

行星齿轮典型断齿故障的动力学仿真

基于一种改进的行星齿轮箱集总参数模型,将断齿故障等效到时变啮合刚度中,建立了直齿行星齿轮的太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障和内齿圈断齿故障的动力学模型。以某单级行星齿轮为研究对象,考虑扭转方向外部激励,对其正常和各断齿故障状态下的动力学模型进行求解,对内齿圈垂直振动加速度信号进行分析。研究结果表明:只考虑扭转方向的外部激励时,正常状态下内齿圈最高点处的垂直振动加速度信号频谱中幅值最高的共振峰与模态能量分布相关;在各断齿故障状态下,内齿圈垂直振动加速度的有效值均大于正常值,时域波形中可看到不同形式的冲击,包络谱中可看到对应的故障特征频率及其倍频成分。     

基于自适应优化品质因子的共振稀疏分解方法及其在行星齿轮箱复合故障诊断中的应用

在共振稀疏分解方法中,品质因子决定其共振属性,其值的选择对共振稀疏分解结果有着很大的影响。现有的共振稀疏分解方法主要是依靠人为选择品质因子,带有较大的主观随意性,对最终诊断结果的提升非常有限。为此,基于遗传算法的全局优化性能,提出一种自适应优化品质因子的共振稀疏分解新方法。与已有方法相比,该方法利用遗传算法优良的寻优性能,优化共振稀疏分解中的品质因子,自适应地得到与输入信号故障特征相匹配的高低共振分量的品质因子。将所提出的新方法应用于某行星增速齿轮箱中行星齿轮与行星架轴承的复合故障诊断中,有效地提取出振动信号中相应的故障特征,实现了早期复合故障的准确诊断,表明了该方法的有效性和实用性。     

基于Morlet小波的时频图在齿轮断齿故障诊断中的应用

齿轮传动系统振动信号带有明显的非平稳性,齿轮断齿故障使非平稳特征更加明显,并伴有明显的脉冲冲击特性。利用小波分析处理非平稳的优势,结合齿轮传动系统的振动特性和Morlet小波能够处理脉冲信号的特点,建立了基于Morlet小波的时频分析方法,通过对某齿轮增速箱齿轮断齿故障的诊断,证明本方法不但能够准确诊断出断齿故障,而且能够评估断齿数量,较好地弥补了传统频谱分析的不足。研究结果对于齿轮断齿等具有脉冲信号特征的故障诊断具有一定的指导意义。     

利用HHT和重采样技术分析瞬态机械信号

介绍了HHT理论及数据重采样技术的实现方法。分析了利用HHT理论和瞬态信号进行机械故障诊断时常用故障特征提取方法的不足。针对瞬态信号中所包含的故障特征是随时间的变化而变化的特点,研究了将数据重采样技术与HHT理论相结合的瞬态信号分析方法。以齿轮箱齿面磨损故障为例进行了算例分析,通过对照分析原始信号与重抽样信号的分析结果,说明了该方法的有效性。