变工况滚动轴承故障诊断方法研究

旋转机械设备在升降速、电源电压波动、载荷变化等情况下其转速将是非恒速的,将导致旋转设备中的滚动轴承在变速条件下运行,现有滚动轴承故障诊断方法中的共振解调方法在变工况条件下谱图将变得模糊,影响诊断的准确性,甚至无法获取故障特征频率。提出了对共振解调获得的包络信号采用阶比分析的方法,在无需鉴相硬件设备的前提下,提取滚动轴承的故障特征频率,实验结果证明包络信号的阶比谱可以很好地反映鼓掌特征;对精确诊断滚动轴承的故障有实际意义。     

轴承早期故障信号的二阶循环平稳分析

研究了故障轴承振动信号的循环平稳特性,用常见调制信号证实了二阶循环自相关、谱相关密度函数的解调性能.通过实例仿真,在切片分析的基础上,针对多载波多调制源的早期轴承故障信号,提出应用二阶循环切片集合分析法对轴承故障信号进行故障提取,并与谱密度组合切片分析法进行了比较.分析结果表明,切片集合法能快速有效地诊断出轴承的早期故障.     

时变调幅信号的循环平稳特征

介绍了一种新的时变幅值调制信号的处理方法－循环平稳信号分析与处理方法。在给出时变幅值调制信号模型的基础上,论证了其具有循环平稳特性,进一步分析了其一阶和二阶循环平稳特性,给出了相应的计算公式,并指出循环自相关函数可以有效地实现解调的功能。通过仿真和实测滚动轴承的振动信号加以验证。     

EMD共振解调在滚动轴承故障诊断中的应用

针对人为加工的滚动轴承点蚀故障数据难以模拟真实疲劳失效过程的问题,提出将滚动轴承强化寿命试验的轴承疲劳失效过程数据作为故障诊断数据,结合经验模态分解(Em-piricalMode Decomposition,EMD)与共振解调技术对真实疲劳失效的滚动轴承进行故障诊断.依托经验模态分解的自适应性,有效的将携带故障信息的高频调制信号从原信号中分离出来,实现了信号的带通滤波;利用H ilbert变换进行解调分析得到包含故障特征信息的低频包络信号,经过频谱分析后实现对疲劳失效滚动轴承故障特征提取和故障辨识.实验结果表明:该方法能诊断真实情况的滚动轴承疲劳失效故障.     

基于Hilbert变换的滚动轴承内环和外环故障诊断

针对滚动轴承的外环和内环发生故障时轴承产生的振动信号具有调制的特点,提出基于Hilbert变换的滚动轴承内、外环故障诊断方法,介绍基于Hilbert变换的调制信号解调过程:运用Hilbert变换对滚动轴承的振动信号进行包络解调,实现载波和调制波的分离.通过对调制波进行频谱分析实现滚动轴承内、外环故障的诊断,对具有内环故障和外环故障的滚动轴承进行故障诊断仿真.仿真结果表明:基于Hilbert变换的包络解调技术能有效提取调制信号中的包络信号,对包络信号进行频谱分析后可以实现滚动轴承内、外环故障的诊断;诊断结果与实际故障相吻合,基于Hilbert变换的包络解调技术可应用于滚动轴承内、外环故障的诊断.     

基于HHT及共振解调方法的动车组走行部轴箱轴承故障诊断算法

针对动车组走行部轴箱振动信号非平稳、非线性且背景噪声频率分布范围广的复杂特性,设计了改进的希尔伯特-黄变换算法(Hilbert-Huang Transform,HHT),综合利用了HHT方法有效平稳化信号及共振解调方法有效提高信噪比的优点.通过分析动车组运行过程中轴箱轴承背景噪声成分,进行了轴箱轴承故障信号的仿真.对仿真信号分别使用HHT方法,共振解调方法及本文所设计方法进行故障分析.结果表明:相比HHT方法与共振解调方法,本文所设计方法可有效提取故障信息并分析故障类型.适用于分析高速动车组走行部特有的振动信号特征.为我国高速动车组故障诊断提供了新思路.     

基于包络解调滤波的滚动轴承复合故障诊断

针对在变转速工况下进行滚动轴承复合故障诊断时,由于故障间的相互作用使得多种故障特征混叠在一起,彼此干扰,造成误判﹑漏判等问题,以及时域滤波过程中共振频带参数难以获得这一问题,提出基于包络解调滤波的滚动轴承复合故障诊断方法。首先,使用多项式函数拟合轴承转速,并根据轴承各部分的故障特征频率系数和转速信息计算瞬时故障特征频率(IFCF)趋势线;其次,根据各部分IFCF趋势线的拟合函数,构造解调算法的相位函数,对原始信号经过Hilbert变换得到的包络信号解调;最后,以各部分IFCF拟合函数的初始值为中心频率构造窄带巴特沃斯带通滤波器,对解调信号进行滤波处理,并对滤波后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)得到包络解调滤波信号的频谱。研究结果表明:该算法使轴承IFCF的能量集中在初始值的位置,使用巴特沃斯带通滤波器便可以在包络信号中提取解调后的故障信息。该方法既克服了转速变化引起的"频率模糊"现象,又避免了时域滤波中共振频带难以确定的问题。仿真算例和应用实例证明了该算法的有效性。     

旋转机械振动信号的循环谱分析

依据循环平稳理论,建立了具有旋转特性的机械设备的信号模型,对其振动信号的二阶循环统计量的解调性能进行了分析.指出利用循环谱图及其轮廓图可以有效识地从复杂的机械振动信号中提取调制信号及载波信号的频率特征,为设备的故障识别及故障定位提供了依据.     

自适应频移变尺度振动共振轴承故障诊断

针对广泛应用于水轮机、风电机组等设备中的滚动轴承存在早期故障难以检测的问题,提出了自适应频移变尺度振动共振轴承早期故障诊断方法。该方法利用高频周期激励促使滚动轴承振动信号中的噪声能量转向轴承故障特征频率,并自适应地频移变尺度轴承故障特征频率使其满足振动共振的小参数检测条件,最后通过参数优化最佳地检测出轴承早期故障。利用轴承实验数据验证了该方法的有效性,与最大相关峭度解卷积技术相比,所提方法的诊断结果具有一定的优势和工程应用价值。     

基于FrFT滤波和LMS降噪的变转速滚动轴承故障诊断

变速工况下的机械故障诊断逐渐成为旋转机械监控领域的一个热门课题,在变转速下故障更容易发生且伴随更大的噪声,而相应的降噪问题目前却没有可靠的解决方法。因此提出一种基于分数阶傅里叶变换（FrFT）滤波和最小均方算法（LMS）降噪的故障诊断方法,对变转速工况下轴承振动信号进行降噪,进而提取非平稳故障特征。首先,同时获得滚动轴承振动加速度信号和转速信号;然后对Hilbert解调后的振动信号进行峰值搜索FrFT,按照搜索得到的最佳阶次和分数阶域聚集位置进行FrFT滤波;再将FrFT滤波得到的信号作为参考信号,原包络信号作为输入信号,进行LMS自适应降噪;最后对降噪后的信号按照转速重采样进行阶次分析,将包络阶次谱中的突出特征与故障特征阶次对比,判断故障。该方法可成功应用于变转速工况下滚动轴承的试验数据处理,证明了方法的有效性。     

形态分量分析在滚动轴承故障诊断中的应用

滚动轴承局部故障振动信号中的周期性冲击是识别故障的关键特征.形态分量分析在由多种形态原子组成的过完备字典基础上提取信号中的不同形态成分,基于这种思想提出了一种基于新型过完备复合字典的形态分量分析方法.依据滚动轴承故障振动信号中分量间的形态差异性,改进字典后该方法可以更具针对性地提取出包含故障特征的冲击分量,配合包络谱分析准确提取故障特征频率,诊断滚动轴承局部故障.对比基于快速谱峭度法的轴承故障诊断方法,该方法可以避免人为选择共振带产生的不准确性和非最优问题,提高了故障诊断效果.通过轴承仿真信号和故障实验信号分析验证了该方法的有效性.     

滚动轴承故障程度识别

针对实际运行滚动轴承的故障程度问题,提出一种诊断滚动轴承故障程度的方法.深入研究滚动轴承的故障机理、振动信号的时域特征以及不同程度故障对滚动轴承运行的影响进行了,广泛分析振动特征提取方法和支持向量机的算法,采用了小波包能量法提取状态特征,使用新型二叉树支持向量机的多类分类算法.实验结果表明采用小波包提取状态特征和支持向量机可以滚动轴承故障程度识别,模型的学习、泛化能力强.     

小波减噪和双谱分析在轴承故障诊断中的应用

提出了基于小波减噪技术和双谱分析的滚动轴承故障诊断的方法。利用小波变换及其减噪技术对滚动轴承早期微弱故障振动信号的特征频率进行提取，采用双谱估计可绘出滚动轴承故障信号的特征图谱。实验表明，小波减噪和双谱分析方法可以敏感地监测滚动轴承工作状态，并且利用特征图谱可以有效地识别滚动轴承不同的故障特征。     

基于无损约束降噪稀疏自编码的滚动轴承故障诊断技术

在滚动轴承故障诊断过程中,时域振动信号容量大且易受噪声污染,难以建立准确的故障诊断模型。针对上述难题,本文采用无损约束降噪方法对稀疏自编码进行优化,提出了基于无损约束降噪稀疏自编码的滚动轴承故障诊断方法。该方法可直接作用于时域振动信号,消除对人工特征提取的依赖性,无需降噪预处理,降低了故障诊断模型建立的难度。为验证本方法的有效性,利用滚动轴承时域振动信号进行仿真实验,并对诊断过程中学习到的故障特征进行可视化分析。实验结果表明,本方法可以在噪声数据下建立有效的故障诊断模型,且比传统的栈式稀疏自编码诊断算法具有更强的噪声鲁棒性。     

基于鲸鱼优化算法的自适应共振解调轴承故障诊断方法

针对共振解调方法需要选取包含较多故障信息的共振频带这一特点,提出了一种基于鲸鱼优化算法的自适应共振解调轴承故障诊断方法。首先,使用鲸鱼优化算法,以峭度和包络谱峭度构造的复合峭度作为优化目标,对带通滤波器参数中心频率和带宽进行自适应选择。然后,使用寻优得到的最优中心频率和带宽对轴承故障信号进行滤波分析。最后,对滤波后信号进行包络解调处理,提取出故障特征频率,判断轴承故障类型。通过对仿真信号和轴承内、外圈故障信号的分析诊断,可以证明该方法能够满足共振解调方法中对共振频带选取的要求,完成轴承信号故障频率的提取,是一种有效的轴承故障诊断方法。     

基于多注意力机制的端到端滚动轴承故障诊断方法

针对传统滚动轴承故障诊断中复杂的特征提取问题，利用深层残差网络能够增强诊断模型非线性表征能力的特点，通过引入通道注意力与空间注意力机制，提出一种基于多注意力机制端到端的滚动轴承智能故障诊断方法。首先，通过原始振动加速度信号经过积分运算得到速度和位移；然后，将3者组合成具有特征增强的图像，输入至结合了多注意力机制的深层残差网络实现特征提取；最后，利用多分类函数完成滚动轴承故障分类。在本地实验室轴承数据集上进行了验证，结果表明，所提方法的诊断准确率达到了97.50%。验证了基于多注意力机制端到端的滚动轴承智能故障诊断方法的可行性和有效性，可为滚动轴承的精确故障诊断提供支持。     

基于经验模式分解的包络解调技术及其应用

提出了一种新的调制信号解调分析技术,来抑制传统的包络解调方法中经常出现的无意义的频率成分.首先,对复杂的振动信号进行经验模式分解,得到若干个基本模式分量,再对包含调制信号的基本模式分量进行包络分析以提取故障信息.该方法利用经验模式分解来实现故障信息的有效分离,从而提高了诊断信号的信噪比.利用该方法对某齿轮箱轴承座振动信号进行经验模式分解,进而解调出高速轴转频这一调制频率,准确地诊断出该故障是由齿轮轴不对中所引起的,通过针对性的维修后,消除了故障,从而验证了该方法的有效性.     

改进PSO优化SVM的滚动轴承故障诊断

提出一种基于改进粒子群算法和支持向量机的滚动轴承故障诊断方法.首先分析基本粒子群算法的不足及其关键参数,提出多方面改进的粒子群算法,利用10种基准测试函数对比多种粒子群算法,证明该改进算法的优势.然后结合支持向量机,建立滚动轴承故障诊断模型,并提取滚动轴承振动信号的时域、频域、小波包节点能量和CEEMDAN分量排列熵四种特征,构成单一特征和组合特征作为诊断模型的输入特征向量.最后利用凯斯西储大学滚动轴承数据进行验证,并与网格算法、遗传算法和多种不同粒子群算法进行对比.试验证明,本改进粒子群算法优化支持向量机模型在滚动轴承故障诊断中更具优势.     

基于小波包分解-峭度值指标-希尔伯特包络解调融合方法处理声发射信号的滚动轴承故障诊断

为实现对航空发动机主轴承进行故障诊断,以复杂传递路径下声发射信号的波形分析为基础,提出一种基于小波包分解(wavelet packet decomposition, WPD)、峭度值指标(kurtosis index, KI)以及希尔伯特包络解调(Hilbert envelope demodulation, HED)相结合的滚动轴承故障特征信息提取方法。采用WPD方法对滚动轴承声发射信号分解获得节点分量,基于KI对节点分量排序筛选进行信号重构,进而对重构信号进行HED分析,提取出轴承故障特征频率用于对比诊断。开展简单以及复杂传递路径下滚动轴承故障模拟试验,采用建立的方法分别针对滚动轴承外圈、内圈典型故障试验数据进行分析和诊断。结果表明：该方法可有效提取滚动轴承故障特征频率及其倍频,且针对复杂传递路径下处于工作状态的滚动轴承,仍可实现精准的特征信息提取和有效的故障诊断。