文章编号： （ ）基于小波变换的颚式破碎机偏心轴振动信号分析饶绮麟 ，傅彩明 ， ，方湄（ 北京矿冶研究总院，北京 ； 北京科技大学，北京 ）摘要：简要介绍了小波分析和离散小波变换；用作者设计的 振动信号分析处理程序，对偏心轴每一个测试点不同方向上的振动实验数据进行分离，通过小波变换及多分辨分析，对低矮颚式破碎机的偏心轴、整机等振动进行了分析；同时指出，破碎机振动分析对破碎机的故障诊断和实时监控具有非常重要的现实意义。
关键词：颚式破碎机；偏心轴；振动；小波变换；信号分析中图分类号：文献标识码：， ，（ ， ， ； ，， ） ：， ， ，， ，： ； ； ； ；收稿日期：作者简介：饶绮麟，北京矿冶研究总院副院长，教授，博士生导师。
引言破碎机在工作过程中存在着十分复杂的非稳定振动，有些振动对机器的性能有着非常重要的作用，比如特征频率；有些振动会对破碎机的运行产生严重的影响，比如由于零部件故障引起的振动。
通过破碎机的振动分析，可以为改进破碎机设计和进行故障诊断提供依据，因此破碎机振动分析具有十分明显的现实意义。
由于破碎机的振动分析内容很丰富，绝不是几篇论文就可以完成得了，所以本文只能对颚式破碎机偏心轴上的振动信号进行初步处理和分析。
小波变换尤其适合于分析非平稳信号，因此本文采用小波变换进行破碎机偏心轴的振动信号分析。
小波分析简介小波分析概述传统的信号分析是建立在傅立叶（ ）变换的基础之上，但是傅立叶变换无法表述信号在时域上的局部性质，而这种性质恰恰是现实信号最第 卷第 期 年 月矿冶，碎石生产线/ 颚式破碎机/根本、最关键的性质。
小波分析是属于时频分析的一种，它具有多分辨分析（）的特点，而且在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小固定不变但其形状可以改变的，即其时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法。
利用小波变换进行颚式破碎机动态系统的振动分析具有良好的效果。
小波分析的时频窗口形状由伸缩因子和平移因子共同起作用，不仅影响窗口在频率轴上位置，而且还影响窗口的形状；而只影响窗口在时间轴上位置。
这样，小波分析就能够实现在低频时小波变换的时间分辨率较低，而频率分辨率较高；在高频段时间分辨率较高，而频率分辨率较低，这符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。
离散小波变换在运用小波变换分析颚式破碎机的振动信号时，实际的振动信号是连续的，而采集的振动信号是离散的，所以连续小波必须加以离散化。
因此，有必要讨论连续小波!，（）和连续小波变换的离散化。
需要强调指出的是，离散化是针对连续的尺度参数和连续平移参数的，而不是针对时间变量的。
在连续小波中，考虑函数〔〕：!，（）／!（）（）这里，，，且，!是容许的，为方便起见，在离散化中总限制只能取正值，这样容许性条件就变为!"（#）##（）取，，这里，扩展步长且为固定值，为方便起见，总是假定。
由此，对应的离散小波函数!，（）为：!，（）／!（）／!（）（）而离散小波变换系数可以表示为：，（）!，（）〈，!，〉（）式中，是一个与信号无关的常数。
颚式破碎机振动实验及数据采集实验仪器的设定测试频率取，采样频率取，采样点数为，采样时间取。
测试用的两个传感器都完全一样。
测试工况的确定（）开机工况下的振动测试。
（）空载工况下的振动测试。
（）加载工况下的振动测试。
（）停机时的振动测试。
测试部位的确定测试部位为偏心轴。
由于不可能直接测试到偏心轴的有效振动信号，所以实际测试部位是偏心轴两端的轴承。
数据采集及保存（）确定测试点：根据不同的测试部位安排好每一次测量的两个测试点；这两个测试点分别为水平方向即方向及其垂直方向即方向，且它们都处于对称位置上。
（）检查：传感器连接是否正确，确认传感器是否安装在所选定两个测试点上。
（）测量：将仪器调整到测试所需状态，分别对开机、空载、加载、停机等工况进行振动测试。
（）数据保存：仔细观察测量结果，将测试过程中的有效振动数据保存起来。
颚式破碎机偏心轴振动信号的小波分析振动实验中采集和保存的每一组数据都同时记录了方向和方向上的两列振动测试数据。
这样的信号小波变换是无法直接用来进行分析处理的，必须对它们进行前处理，即振动信号的分离处理。
所以，在进行小波分析之前，必须先将这两列数据分开，然后再分别对各个测试点在方向和方向上的振动信号进行分析，最后对信号进行小波分析。
为此，作者用设计了振动信号分析处理程序，可以用它对每一个测试点不同方向上的振动信号进行分离和小波变换。
小波变换的实际分析过程如下。
数据分离用程序对在开机、空载、加载、停机等工况下的数据进行初步分析，然后分别选择一组或几组最有代表性的数据进行数据分离，即将每一组数据中不同传感器所测得的振动信号和分开成独立的数据文件，并检查每一组数据分离后的、分量是否完整。
将分离数据和以文件格式保存在合适的地方以供后续程序读取和分・・矿冶析。
小波变换有关参数的确定与振动实验相一致，采样点数为点，采样频率取；小波分析中的分析频率范围为［，／］，即分析频率为!。
小波变换所用的小波函数为，经反复比较，取最为合适，小波变换所用变换窗口为汉宁（）窗，窗口间不重叠；振动信号被分解成层。
振动信号分析图!是破碎机偏心轴在开机、空载、加载、停机等工况下的原始振动波形，上图表示方向的振动波形，下图表示方向的振动波形。
饶绮麟等：基于小波变换的颚式破碎机偏心轴振动信号分析部分相对频率为 ，即图 右边部分，实际频率为 ! ；低频部分相对频率为 ，即图 左边部分 ，实际频率为 ! ! 。
第 层的高频部分相对频率为 ，即图 右边部分 ，实际频率为 ! ；第 层低频部分相对频率为 ，图 左边部分 ，实际频率为 ! 。
其余依此类推。
小波变换的多分辨分析的信号多层分解的实质是，低频部分 实质上是一个低通滤波器，它只允许相对频率低于的振动信号通过；高频部分实质上是一个带通滤波器，它只允许相对频率处于 ! 的振动信号通过； 表示信号分解所在层数。
通过小波多层分解后，就可以进行比较准确的有关振动分析。
计算破碎机的工作频率工作频率的相应振幅为最大。
从图 中可以清楚地看出，信号分解后的低频部分的第 层 至第 层的振动波形中都有将近 个半周期的正弦波形，已知仪器的测量时间为 ，所以实测中破碎机的工作频率为 （实际工作频率为 ，误差为 ），最大振幅为 ／。
各组振动实验数据对工作频率的分析结果表明，频率大小均基本一致，但不同工况下的振幅互不相同，这正好与破碎机的实际运行情况相一致。
分析其它振动组成成分图!!方向上振动信号的小波分解从图 中可以看出，杂波的主要部分为高于 的高频振动部分，这类杂波分布在破碎机的整个运行过程中。
同时可以看到，低频部分的振动波形并不光滑，从第 层到第 层的所有波峰部分都有杂波，这说明破碎机在进行破碎时会引起偏心轴及机器的其它部分振动。
根据图 中的 曲线可以计算出频率，其幅值还高达 ／。
这个频率实质上就是破碎机的二阶工作频率值（ ）。
这一结果表明，破碎机的二阶工作频率仍然起着非常重要的作用。
由于这一频率已经比较接近破碎机某些零部件的特征频率，所以在设计中要特别关注这个频率。
图""方向上振动信号的波形组成另外，从图 中还可以看出，振动波形中存在着两个比工作频率还要低的振动，其中之一的频率为 ，另一个的振动信号的波形并不完整，是无效信号，这是由于仪器的测试系统和传感器连接线的电磁感应等所引起的。
频率为 的振动是破碎机破碎物料时引起的整机振动，这一频率对地基和破碎厂房设计具有重要的参考价值，如果是地下破碎，那么在硐室设计中应该特别注意这一频率。
此外，在工作频率的每一个波峰处，都可以看到有许多幅值较大的、非常明显的频率较高的杂波，这些杂波的振动频率在十几赫兹以上，振幅有的达到 ／ 。
这表明在破碎机运行过程中的物料破碎时刻，存在着非正常的振动，即破碎机可能运行于故障状态。
该破碎机的实际运行状态是，确实有两个紧固螺栓已经严重松动。
停机工况分析从图 可以看出，在破碎机停机过程中，尤其在停机开始阶段，杂波的幅值很大，存在着非常严重的非正常振动，但是在实际操作中，停机操作可能是比较容易被忽视的，因此这一状况应引起足够的重视。
振动实验分析表明，当破碎作业完成后，待机器空转稳定后再停机，情况会大为改观。
（下转第 页）场受原始构造运动性质、构造体系、岩类分布、成矿种类、地形、工程地质环境等多种因素制约，人工开挖也具多种时空分布形式，起作用只是受工程影响区域与部分，在认识主控因素条件下，可望逐步积累来完善构造应力型地表移动规律，将随机介质方法加以改进是可望尽速取得成效的最可取研究方向。
该问题工程处理方法包括如下核心内容：（）以随机介质的概率积分法作为地表变形预计的基础。
在同一剖面上，由倾角使两边概率不等；在不同剖面上构造应力的作用使概率呈各向异性。
（）按崩落法开采的放矿量的时空配置与开采发展，分阶段分块进行预计再行迭加。
（）充分考虑实测原岩应力场中、的大小与方向，进行开采等效化处理的综合应力、构造、开采、岩性、采厚、采深诸因素，确定分段分块原则，进行分块并计算等效参数。
（）计算概化应力开挖卸载条件下的采出体体积相对缩小量或下沉系数相对减少值：（）（）／（）・（）式中，为采出体中残余构造应力区高度；为开采深度；与分别为最大和最小的概化地应力等效系数。
（）计算概化应力开挖卸载条件下的相应地表主要影响范围角及其正切值的变化量，据、值大小，一般变动至之间，其值由该矿自重应力开挖卸载条件下的地表移动实测资料来确定。
如程潮铁矿浅部，。
（）按值，按自重应力型开挖卸载计算地表移动与变形分布，确定坍陷崩落剪切错断台阶状破坏边界，确定第一类相应角值。
（）按（）所确定，计算概化地应力开挖卸载条件下地表水平移动与变形的分布及相应开采边界，确定第二类相应角值。
（）按工程地质条件，由外边缘构造弱面分布状况，确定应力集中、变形破坏集中分布状况。
（）按岩体孔隙比、疏排水状况，确定矿区疏排水后的附加沉陷影响值。
（）进行地表变形与破坏总决策。
结语构造应力型矿山地表沉陷研究是地表移动的新领域，构造应力开挖卸载影响是地表移动与变形的核心，岩土工程与力学的研究与实践已能促成此边缘交叉领域获突破性进展，急倾斜黑色金属、有色金属、贵金属、煤矿可望应用以满足矿山生产急需。
参考文献：〔〕，，〔〕，，，，，〔〕，〔〕颜荣贵无底柱分段崩落法的岩体移动规律对黄泥贯入问题探讨［］金属矿山，，（）：〔〕曹阳，贺跃光，颜荣贵构造应力型矿山地表移动破坏宏观特征及对策［］矿冶工程，，（）：（上接第页）结论颚式破碎机的振动信号，既可以用于破碎机各机构或零部件的振动分析，也可以用于分析破碎机的整机振动，还可以用于分析破碎机的工作状态，即破碎机是工作在正常状态还是工作在故障状态。
