一种改进的峭度图方法及其在复杂干扰下轴承故障诊断中的应用

快速峭度图是一种常用的滚动轴承故障诊断方法,但由于峭度指标对冲击过于敏感,在干扰较复杂的工况中,该方法往往无法正确识别出最优的共振频带进行包络解调。然而,解调信号的包络谱对噪声具有一定的免疫能力,而且包络谱中通常会清晰的出现故障特征频率及其倍频成分,呈现出典型的周期性脉冲特点。因此,提出应用相关峭度定量地刻画窄带信号的包络谱幅值,即以频域相关峭度值生成峭度图,用于最优频带的自适应地识别。同时,基于相关峭度的指向性,可以将该方法应用于轴承的复合故障诊断。最后通过实验分析,验证了该方法对轴承微弱故障和复合故障诊断的有效性。     

切丝机轴承时频特性诊断方法研究

目的 为解决切出的烟丝粗细不均、流量不稳定、空穴跑片等问题。针对切丝机在高速旋转的工作状态下,刀辊主轴及各传动部件的轴承更易出现磨损和故障的现象提出解决方案。方法 通过构建实验平台分别采集正常轴承、内圈故障轴承、滚子故障轴承和外圈故障轴承的振动信号,在计算有效值、峰值、绝对均值、脉冲指标、峰值指标、峭度指标6个参数的基础上,提出切丝机轴承故障程度计算新方法。结果 研究表明,当转速为1 772 r/min和1 797 r/min时,时域故障程度、频域故障程度和时频域故障程度3种分析类型的结果保持了高度一致性,即内圈故障程度均大于外圈故障程度,滚子故障程度最小。结论 该方法表明时频特征分析综合了时域特征分析和频域特征分析的优点,能有效提高切丝机故障诊断的效率和准确性,并为其他旋转机械的故障诊断提供参考。     

含气率变化对不同型式混输泵的振动特性影响研究EI北大核心CSCD

研究含气率变化对混输泵关键部位振动特性的影响规律对混输泵运行稳定性提升有重要意义。在不同含气率工况下对叶轮型式不同的两种多级气液混输泵PR泵和PH泵开展了关键部位的振动测量。统计了振动信号的时频特性。构建了(均方根,峭度)二维特征量作为指标开展振动信号的特征分析。结果表明:相对含气率由0%增加到100%时,两种混输泵的轴承箱体及泵进口处振动均出现了增强,其中,振动烈度最大的部位为轴承箱体,且PH泵的轴承箱体最大振动烈度高于PR泵;含气率的增加使PR泵轴承箱体的振动能量更加明显的向泵进口处位置传播;在轴承箱振动信号的(均方根,峭度)二维特征值图上,通过零峭度线可以清晰区分PR泵和PH泵。此外,PR泵所有测点处振动信号的峭度值均高于PH泵,表明在当前试验条件下,PR泵存在故障的可能性高于PH泵。     

基于字典学习的轴承早期故障稀疏特征提取

针对低速重载机械滚动轴承早期故障的振动信号中故障特征冲击成分微弱易被噪声覆盖难以识别,而利用稀疏表示方法提取冲击成分时因轴承工况非平稳性,准确匹配冲击成分字典难以构造问题,提出基于字典学习的轴承早期故障稀疏特征提取方法。利用改进型K-SVD字典学习算法构造自适应字典;采用正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)对振动信号进行稀疏分解,计算每次迭代逼近信号的峭度值,找出最大峭度值对应的逼近信号;重构特征成分并进行包络谱分析,获得故障类型。仿真及轴承振动数据测试结果表明,所提方法能更好匹配早期故障特征成分、满足轴承实时故障监测需求。     

基于奇异值分解和相关峭度的滚动轴承故障诊断方法研究

为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,将相关峭度引入滚动轴承故障诊断领域,结合奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)和相关峭度,提出了一种新的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先利用SVD对轴承振动信号进行分解,然后根据相关峭度选取SVD分解后的分量,提取出滚动轴承的弱故障信号。通过对轴承内圈故障的仿真和实验研究验证了该方法的有效性。     

基于改进SVD及参数优化VMD的轴承故障诊断

为解决轴承早期故障特征难以提取的问题,提出一种基于改进奇异值分解(SVD)及参数优化变分模态分解(VMD)的轴承故障诊断方法。首先,对原始故障信号进行SVD降噪、微弱故障信号的分离,通过包络熵最小、峭度最大原则对其重构矩阵的秩进行优化。其次,对改进SVD降噪后所得信号进行VMD分解,将包络谱幅值峭度和峭度构成新的指标(合成峭度),通过所有本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)的合成峭度均值最大原则对VMD的参数进行优化,获得若干的IMFs。最后,根据峭度-欧氏距离指标筛选出含故障信息丰富的IMF,进行包络解调运算,分析信号的包络谱判断轴承故障类型。通过对仿真信号和实测信号进行分析,可成功提取出微弱特征频率信息。由此表明,基于改进SVD及参数优化VMD的轴承故障诊断方法可有效地实现轴承早期故障诊断,具有一定的可靠性和实用性。     

基于灰色关联度和Teager能量算子的轴承早期故障诊断

滚动轴承的健康状态直接影响着旋转设备的运行状态,为了及早获取滚动轴承状态异常的信息,提出了基于灰色关联度和Teager能量算子(TEO)的滚动轴承早期故障的诊断方法。对滚动轴承运转的振动数据进行等长度分组,计算各组数据与轴承状态良好的第一组数据之间的灰色关联度,根据灰色关联度值的变化趋势,确定早期故障发生的时间段,截取该时段的振动数据进行Teager能量包络谱分析,确定故障类型。分别采用峭度系数、波形因子和均方根等指标与TEO相结合的方法对相同的轴承振动信号进行了分析和故障诊断,将各种方法的早期故障诊断结果与所提方法比较,结果验证了"灰色关联度+TEO"方法在轴承早期故障诊断中的可行性及有效性。     

基于WELCH算法集成学习模型的滚动轴承故障诊断#br#

针对滚动轴承振动信号具有非平稳性、非线性且易受背景噪声干扰,故障特征难以提取等问题,提出一种基于WELCH功率谱算法的集成学习模型的故障诊断方法。首先使用WELCH算法对轴承的原始振动信号进行预处理,从中提取峭度、偏度、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子6 个参数,作为支持向量机的特征向量;然后结合集成学习算法构造Bagging-SVM集成学习模型。实验结果表明,与单一的SVM分类器相比较,Bagging-SVM 集成模型对于轴承的故障诊断性能更优;在不同电机转速下的轴承故障诊断中,诊断率分别为97 %,98 %,98 %和99.5 %;说明了该集成模型在不同工况下的适用性强,诊断性能优秀。     

基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断研究

针对传统包络谱和峭度图分析技术的缺陷,提出了一种基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断方法。该方法综合利用了双树复小波包变换和峭度图分析技术,克服了原峭度图方法只采用FIR和短时傅立叶变换滤波器的缺点,提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。首先利用双树复小波包变换,将振动信号分解成不同频带的分量,然后计算各小波分量的谱峭度,再利用谱峭度的滤波器作用,计算最大峭度值对应分量信号的包络谱,根据包络谱就可识别齿轮箱轴承的故障部位和类型。齿轮箱轴承故障振动实验信号的研究结果表明：该方法不仅提高了信噪比和频带选择的正确性,而且能有效地识别轴承的故障。     

基于WELCH算法集成学习模型的滚动轴承故障诊断#br#

针对滚动轴承振动信号具有非平稳性、非线性且易受背景噪声干扰,故障特征难以提取等问题,提出一种基于WELCH功率谱算法的集成学习模型的故障诊断方法。首先使用WELCH算法对轴承的原始振动信号进行预处理,从中提取峭度、偏度、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子6 个参数,作为支持向量机的特征向量;然后结合集成学习算法构造Bagging-SVM集成学习模型。实验结果表明,与单一的SVM分类器相比较,Bagging-SVM 集成模型对于轴承的故障诊断性能更优;在不同电机转速下的轴承故障诊断中,诊断率分别为97 %,98 %,98 %和99.5 %;说明了该集成模型在不同工况下的适用性强,诊断性能优秀。     

基于时时能量阶比谱的变转速工况滚动轴承微弱故障诊断研究

变转速工况下的滚动轴承微弱故障诊断同时面临两个难点:一是滚动轴承的故障特征信号容易被环境噪声和干扰信号淹没;二是滚动轴承故障振动信号的时变特征难以被常规频谱方法提取。针对上述问题提出了基于时时能量阶比谱的滚动轴承故障诊断方法。首先对变转速工况下的滚动轴承微弱故障振动信号进行时时(time-time,TT)变换,在双时域上刻画轴承故障振动信号的时变特征;然后利用提出的时时能量定义计算轴承故障振动信号的时时能量,获得轴承故障振动信号的时时能量信号;最后对时时能量信号进行阶比分析得到轴承故障振动信号的时时能量阶比谱,并根据时时能量阶比谱的阶次特征识别出轴承故障类型。分析了变转速工况下的滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,结果表明:时时能量信号能够有效追踪轴承故障振动信号的时变能量分布,增强故障特征信号的冲击特征,时时能量阶比谱较包络阶比谱抗噪能力更强,为变转速工况滚动轴承微弱故障诊断提供一种有效方法。     

基于参数优化的MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障被淹没在噪声信号下特征信号微弱,故障特征难以提取的问题,将最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution,MCKD)应用于滚动轴承早期故障诊断。并针对MCKD参数滤波器长度及移位数需人为选择的问题,提出一种基于参数优化的最大相关峭度解卷积的滚动轴承早期故障诊断方法。首先,针对轴承工作的实际工况讨论了最优移位数;然后,以经解卷积后信号的形态能量熵作为评价函数,利用网格搜索法对滤波器长度进行寻优;最后,利用参数优化后的MCKD算法增强信号中的冲击成分,通过包络谱判断轴承故障类型。实验表明,该方法可有效的增强轴承信号中微弱的故障特征成分,实现滚动轴承早期故障的诊断。     

基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法研究

针对传统快速峭度图在轴承故障诊断中，通过计算滤波信号的包络峭度确定频带范围容易受到随机脉冲干扰的问题，提出一种基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法。首先运用自相关算法、改进谱幅值调制(improved spectral amplitude modulation, ISAM)算法对包络信号进行处理，获取修正信号并以其频谱峭度衡量冲击响应的强度；然后以修正信号谱峭度代替传统快速峭度图中的包络峭度，得到可降低各频带随机干扰的改进峭度图；最后通过对3组信噪比不同的仿真信号、2组轴承试验信号的平方包络谱故障诊断情况进行对比分析，验证该方法的有效性和稳定性。通过与原始快速峭度图、功率谱峭度图、ISAM法3种方法对比，验证该方法的优越性。对比结果表明，所提方法可有效降低随机脉冲的影响，实现轴承故障特征频率的准确提取。     

基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析

通过对旋转机械变速运行工况的齿轮箱振动分析研究,提出一种基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析方法。该方法利用旋转机械运行过程中滚动轴承故障引起的冲击性振动会激起其周围结构共振的原理,应用谱峭度方法自适应地确定优化的共振解调带通滤波中心频率和滤波带宽,进而通过共振解调算法获得包含轴承故障初始阶段振动特征的包络信号,再将变速工况下的非平稳包络信号通过等角度重采样转化为角度域的准平稳信号,进而获得消除了频率模糊的阶比谱,实现对旋转机械变速运行工况下的滚动轴承故障诊断。仿真和测试试验结果验证了本方法的有效性。     

基于时间-小波能量谱熵的滚动轴承故障诊断研究

针对轴承振动信号中存在周期性冲击这一现象,提出了时间-小波能量谱熵的计算方法,用于滚动轴承的故障诊断。首先构造脉冲小波,采用连续小波变换的方法得到时间域内小波能量谱,再沿时间轴计算能量谱熵,定量描述振动信号沿时间的分布情况,不同故障下轴承的冲击振动随时间变化程度不同,其时间-小波能量谱熵值也就不同。将不同故障轴承信号的时间-小波能量谱熵作为向量特征输入建立支持向量机,实现了对轴承的工作状态和故障类型的判断。实验结果表明,时间-小波能量谱熵可以有效地对滚动轴承进行故障诊断。     

基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断

针对采用峭度指标选取滚动轴承最优共振解调频带时存在精确性差和易受随机冲击干扰的不足,提出了基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断。首先,选取峭度指标、变异系数、裕度指标和平滑因子等评价指标分别从不同角度表征故障轴承瞬态冲击特征,增强在实际监测的运行环境中单指标抗干扰鲁棒性差的缺陷;其次,采用熵权法对多个评价指标计算综合属性客观权重,为了增强轴承瞬态冲击表征和抑制其它信息干扰,对评价指标值进行增强处理并融合形成新评价指标,以精确选取共振解调中心和带宽;最后,采用1/3-二叉树策略生成的增强熵权峭度图自适应识别故障轴承最优解调频带。通过实测信号和仿真信号测试分析,并与快速峭度图在不同干扰下对比表明,该方法可以更为精准的识别轴承共振频带及具有更高的鲁棒性。     

基于圆域分析的大型回转支承初期故障诊断

为解决真实工况下大型回转支承振动信号背景噪声大、常用故障诊断方法难以适用的问题,提出了一种基于圆域分析的振动信号处理方法。将时域信号进行圆域转换,并按一定角度将转换后的圆域信号划分成多个区域;判断各区域信号邻域相关离散点拟合椭圆的倾角方向,得到回转支承整圈对应的多个异常向量;以异常向量的平均向量作为圆域分析的特征向量,分析其均值、方差、歪度和峭度指标的变化情况,实现回转支承的故障诊断。对某型号回转支承进行了加速寿命试验,结果表明,该方法能够有效诊断出回转支承滚道的区域滑移、点蚀等初期故障,相比常见的时域特征、小波分析等方法准确度更高,故障可识别度更强,因此可以用于实际工况下回转支承的故障诊断。     

变转速下基于广义解调算法的滚动轴承故障诊断

变转速条件下故障轴承的冲击间隔会相应的发生改变,导致以包络分析为代表以恒转速为前提的故障诊断方法失效。阶比分析因其在消除频谱模糊方面的有效性,成为处理变转速故障轴承信号最为常规的方法。然而,上述方法在对信号重采样的过程中存在幅值误差、包络畸变以及计算效率低等问题。为此,从滚动轴承的振动特性出发,提出了无需角域重采样的基于广义解调算法的滚动轴承故障诊断方法。整个算法主要包括五部分:(1)利用快速谱峭度算法确定最优带通滤波参数,并对原始振动信号进行滤波;(2)根据转速脉冲信号计算并拟合转速曲线;(3)通过转频方程以及滚动轴承的故障特征系数确定广义解调算法所需要的相位函数;(4)根据相位函数对滤波信号进行广义解调,对解调信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)获取解调信号的频谱图;(5)观察频谱图中的峰值,更改故障特征系数重复步骤(3)-(4),最终确定轴承故障类型。仿真及实测的故障轴承信号分析证明了新算法对变转速下滚动轴承故障诊断的有效性。     

基于最大相关谱峭度解卷积的滚动轴承故障周期冲击特征提取

滚动轴承广泛应用于重型旋转机械支撑和传送负载,经常工作在低速、重载等恶劣工况下,特别容易损坏,从而导致机械设备停运停产的事故,因此有必要提出一种基于最大相关谱峭度解卷积的滚动轴承故障周期冲击特征提取方法。该方法利用轴承运行过程中局部故障激发起的周期性冲击特征,通过最大化相关谱峭度选择最佳有限冲击响应滤波器参数;通过迭代卷积运算,消除振动信号中的噪声,提取出滚动轴承故障激发起的周期性冲击特征;依据冲击特征的周期判断轴承故障所在位置,从而实现轴承故障诊断。通过仿真和滚动轴承实验数据验证提出方法的可行性,并与广泛应用的集总经验模式分解方法提取结果进行对比,结果表明该文提出的方法在轴承故障诊断中展现出更好的优势。     

一种TMSST结合相关峭度的柔性薄壁轴承故障特征提取方法

在STFT的基础上提出了一种时间重分配多同步压缩变换（TMSST）结合相关峭度的柔性薄壁轴承故障特征提取方法。该方法通过对STFT结果使用压缩算子提高其时频聚集性;结合相关峭度准则选择最佳频率点处的脉冲特征;对脉冲特征分析得到其冲击频率特性。将所述方法用于柔性薄壁轴承内外圈故障信号特征提取,并将其与S变换结合相关峭度进行对比,结果证明所提方法在成功提取故障特征的同时能更好地反映故障特征频率的时变性,为轴承故障诊断提供了一种时频分析的新视角。