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  • 軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法

    本發明涉及一種對軸承部件的分析診斷方法特別是涉及一種針對軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法。


    背景技術:

    軸承是工業生產設備中的關鍵部件由于長期連續工作在高載荷、高轉速下發生故障的比例極高。同時各類旋轉機械設備不斷向復雜、高速、高效的方向發展對于轉速的要求日益提高轉速波動對軸承故障診斷所帶來的影響已不容忽視。然而從另一個角度看在轉速發生改變的過程中一些原本微弱的故障信息反而會因此而增強對其診斷也帶來了有利因素。

    變速軸承的振動信號在時域中具有時變性、非平穩性特點所以采用階比分析使其轉化為角域上的平穩信號可以避免在信號采集預處理時丟失故障特征的問題。變速工況下對軸承振動信號進行階比分析的關鍵是獲取軸承的轉速信息。獲取轉速信息通常有兩種方法:安裝硬件轉速計方法和采用無轉速計分析算法。工業現場眾多設備的軸承等部件都包含在機殼內部這使得轉速計的安裝十分困難既費時又浪費資源。所以本發明采用無轉速分析算法來獲取轉速該方法無需硬件配合直接從振動信號中獲取速信息可有效避免上述問題。從軸承振動信號中提取含有轉速信息的諧波分量對其瞬時頻率進行估計,德圖330煙氣分析儀然后根據瞬時頻率和轉速的轉換關系獲得轉速信息。變速工況下軸承的振動信號具有非線性、時變性、調制性和多分量特性等特點各諧波成份十分相近甚至有重疊直接采用短時傅里葉變換、經驗模態分解等時頻分析方法難以對其進行有效分解產生譜圖模糊瞬時頻率估計不精確等問題這些問題均需要進一步解決。


    技術實現要素:

    本發明的目的在于提供一種針對軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法該方法提出一種基于廣義解調時頻分析的信號瞬時頻率估計方法直接從軸承的振動信號中提取含有轉速信息的諧波分量通過估計其瞬時頻率來獲取轉速信息對于在轉速波動工況下具有時變性、調制性及多分量特性特別是諧波成分相近或出現重疊的振動信號的分析十分有效。

    本發明的目的是通過以下技術方案實現的:

    一種針對軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法所述方法為一種基于廣義解調時頻分析的信號瞬時頻率估計方法該方法包括如下步驟:

    步驟1:對變速工況下軸承原始信號進行最大離散小波包變換獲取時頻譜圖然后采用最大能量法分離出時頻譜圖中能量最為顯著的諧波分量用于下一步分析;

    步驟2:采用最小二乘法擬合步驟1中得到的諧波分量進而得到其相位函數;

    步驟3:對振動信號進行Hilbert變換得到解析信號其中是的Hilbert變換;

    步驟4:根據步驟2中求取的相位函數對進行廣義解調得到信號;

    步驟5:為去除負頻率的影響以及便于逆廣義解調再次對進行Hilbert變換得到新的解析信號其中是的Hilbert變換;

    步驟6:構建帶通濾波器其中振動信號的時頻譜圖中起始時刻對應的頻率作為濾波器的起始頻率與其相鄰的2個分量起始頻率間隔的1/2作為濾波器的頻帶;

    步驟7:利用帶通濾波器對解析信號進行帶通濾波分解出平行于時間軸的基頻諧波分量信號;

    步驟8:對解析信號進行逆廣義解調得到解析信號;

    步驟9:根據公式估算解析信號的瞬時頻率值;對離散的瞬時頻率值進行多項式擬合后獲得瞬時頻率估計曲線。本發明的優點與效果是:

    本發明對于軸承在變速工況下的振動信號所表現出的時變性、調制特性等情況的分析十分有效可解決頻率相近或頻帶重疊情況下的多分量信號的譜圖模糊問題提高分離精準性。本發明為多分量調制信號的分析提供了一種途徑利用廣義解調時頻分析方法并結合帶通濾波器可有效分離頻率相近或頻帶重疊的諧波分量提高瞬時頻率的估計精度。



    技術特征:

    1.一種針對軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法其特征在于所述方法為一種基于廣義解調時頻分析的信號瞬時頻率估計方法該方法包括如下步驟:

    步驟1:對變速工況下軸承原始信號進行最大離散小波包變換,紅外測溫儀獲取時頻譜圖然后采用最大能量法分離出時頻譜圖中能量最為顯著的諧波分量用于下一步分析;

    步驟2:采用最小二乘法擬合步驟1中得到的諧波分量進而得到其相位函數;

    步驟3:對振動信號進行Hilbert變換得到解析信號,超聲波探傷儀其中的Hilbert變換;

    步驟4:根據步驟2中求取的相位函數進行廣義解調得到信號;

    步驟5:為去除負頻率的影響以及便于逆廣義解調再次對進行Hilbert變換得到新的解析信號其中的Hilbert變換;

    步驟6:構建帶通濾波器其中振動信號的時頻譜圖中起始時刻對應的頻率作為濾波器的起始頻率與其相鄰的2個分量起始頻率間隔的1/2作為濾波器的頻帶;

    步驟7:利用帶通濾波器對解析信號進行帶通濾波分解出平行于時間軸的基頻諧波分量信號;

    步驟8:對解析信號進行逆廣義解調得到解析信號;

    步驟9:根據公式估算解析信號的瞬時頻率值;對離散的瞬時頻率值進行多項式擬合后獲得瞬時頻率估計曲線。



    技術總結
    一種針對軸承振動信號瞬時頻率分析診斷方法涉及一種對軸承部件的分析診斷方法。對軸承振動信號進行最大離散小波包變換采用最大能量法從其取時頻譜圖中分離出時頻譜圖中能量最為顯著的諧波分量并用最小二乘法擬合此諧波分量進而得到其相位函數;然后根據得到的相位函數對振動信號進行廣義解調分析并構建帶通濾波進行濾波;最后對帶通濾波后的諧波分量進行逆廣義解調估算逆廣義解調后信號的瞬時頻率并對其進行曲線擬合最終得到振動信號的瞬時頻率估計。本發明用于變速工況下對軸承振動信號的瞬時頻率進行估計以實現無轉速計階比跟蹤分析變速工況下軸承故障診斷、預測與健康管理。

    技術研發人員:齊曉軒;原忠虎;劉英英;杜英魁;都麗
    受保護的技術使用者:沈陽大學
    技術研發日:2018.06.20
    技術公布日:2018.11.30

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