基于Hilbert共振解调法的滚动轴承振动故障诊断
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1引言滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通用机械部件,也是最易损坏的元件之一,它的运行状态是否正常往往直接影响到整台机器的性能。
据不完全统计,旋转机械的故障约30%是因滚动轴承引起的。
由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。
共振解调技术是处理机械冲击引起的高频响应信号的有效方法。
当机械故障引起等间隔的高频冲击脉冲响应信号时,进行高频带通滤波后的信号进行包络处理;对包络信号进行特征提取,可诊断滚动轴承的故障。
人工神经网络技术因其突出的优势受到了越来越广泛的关注,为故障诊断技术开辟了一条新途径。
ANN是对人脑或自然的神经网络若干基本特性的抽象和模拟,是一种非线性的动力学系统。
它具有大规模的并行处理和分布式的信息存储能力、良好的自适应性、自组织性及很强的学习、联想、容错和抗干扰能力。
本文将共振解调与神经网络结合起来,对轴承振动信号进行共振解调处理,在共振解调的包络信号中提取所需的轴承故障的特征,并将其作为神经网络输入,利用神经网络进行轴承各种故障的模式识别,实现轴承诊断的智能化,提高轴承诊断的准确性和可靠性。
2共振解调技术当轴承出现局部损伤时,运行过程中要撞击与之配合的元件表面,将产生脉冲力。
由于冲击脉冲力的频带很宽,必然覆盖监测部件的固有频率,从而激起系统的高频固有振动。
根据实际情况,可选择某一高频固有振动作为研究对象,通过中心频率等于该固有频率的带通滤波器把该固有振动分离出来。
利用Hilbert变换进行包络解调,去除高频衰减振动的频率成分,得到只包含故障特征信息的低频包络信号,对这一包络信号进行频谱分析便可提取滚动轴承的故障信息。
故障的包络信号频谱具有“没有故障就没有谱线”、“有故障则出现多阶谐波谱线”等规律。
基本原理如图1所示。
基于共振解调与神经网络的滚动轴承故障智能诊断第33卷第2期2007年3月中国测试技术CHINAMEASUREMENTTECHNOLOGYVol.33No.2Mar.2007刘建文,傅攀,任玥,高龙(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:介绍了一种基于共振解调与神经网络技术的滚动轴承故障诊断方法。
基于Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断方法3杨 宇 于德介 程军圣(湖南大学 机械与汽车工程学院,长沙 410082) 摘 要 H ilbert2Huang变换是一种新的自适应信号处理方法,它适合于处理非线性和非平稳过程。
通过对信号进行H ilbert2Huang变换,可以得到信号的H ilbert边际谱,它能精确地反映信号幅值随频率的变化规律。
针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特征,提出了一种基于H ilbert边际谱的滚动轴承故障诊断方法。
该方法在H ilbert边际谱的基础上定义了特征能量函数,并以此作为滚动轴承的故障特征向量,建立M距离判别函数来识别滚动轴承的故障类型。
对滚动轴承的内圈、外圈故障信号的分析结果表明本文方法可以有效地提取滚动轴承故障特征。
关键词:滚动轴承,H ilbert边际谱,特征能量函数,距离判别函数,故障特征中图分类号:TH165 文献标识码:A0 引 言故障特征信息提取是滚动轴承故障诊断中最关键的问题之一[1,2],传统的诊断技术是针对振动信号的时域或频域特征来提取特征向量进行故障识别。
事实上,当滚动轴承产生故障时,由于受到刚度非线性、摩擦力、间隙和外载荷等因素的影响,滚动轴承的振动信号往往会表现出非平稳特征,因此,如何从非平稳信号中提取故障特征信息,在滚动轴承的故障诊断中就显得尤为重要[3]。
以快速傅里叶变换(FFT)为核心的传统频谱分析方法在平稳信号处理的特征提取中发挥了重要作用,但对非平稳信号进行分析时其结果失去了物理意义[4]。
小波变换能够同时提供信号在时域和频域的局部化信息,但其本质是窗口可调的Fourier变换,由于小波基长度有限,因此在对信号进行时频分析时,会产生能量泄漏[5,6]。
针对滚动轴承故障信号的非平稳特性,提出了一种基于H ilbert2Huang变换[7]及H ilbert边际谱的滚动轴承故障诊断方法。
H ilbert2Huang变换是由Huang 提出的信号处理方法,它包含E MD和H ilbert变换两个过程,对信号进行H ilbert2Huang变换后可以得到信号能量完整、精确的时频分布[8],进一步可以得到信号的H ilbert边际谱。
第46卷第4期2020年8月包 钢 科 技ScienceandTechnologyofBaotouSteelVol.46,No.4August,2020基于Hilbert包络解调的增速机滚动轴承故障诊断郝富贵1,2,任学平2(1 内蒙古包钢钢联股份有限公司设备工程部,内蒙古包头 0104010;2 内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头 014010)摘 要:考虑到故障诊断涉及机械、信号处理、高等数学、振动学等多门学科交叉等特点,结合现场设备工况以及点检人员具体情况,提出利用Hilbert包络解调对滚动轴承工作状态进行判别。
通过使用封装了Hilbert包络解调电路的智能点检仪对现场数据进行分析,验证了此方法在轧机增速机滚动轴承故障诊断过程中的实用性与有效性。
关键词:增速机;滚动轴承;包络解调;故障诊断中图分类号:TH133 33 文献标识码:B 文章编号:1009-5438(2020)04-0063-04FaultDiagnosisforRollingBearingofSpeedIncreasingMachineBasedonHilbertEnvelopeDemodulationHaoFu-gui1,2,RenXue-ping2(1.EquipmentEngineeringDept.ofInnerMongoliaBaotouSteelUnionCo.,Ltd.,Baotou014010,InnerMongoliaAutonomousRegion,China;2.SchoolofMechanicalEngineering,InnerMongoliaUniversityofScience&Technology,Baotou014010,InnerMongoliaAutonomousRegion,China) Abstract:ItisproposedtodiscriminateworkingconditionsofrollingbearingwithHilbertenvelopedemodulationinconsiderationofthefaultdiagnosisinvolvingsuchdisciplinesasmachinery,signalprocessing,advancedmathematicsandvibrationaswellascombiningwiththeworkingconditionsoffieldequipmentandspecificcircumstancesofspotcheckper sonnel.ThepracticabilityandeffectivenessofthemethodinfaultdiagnosisforrollingbearingofspeedincreasingmachineforrollingmillareverifiedthroughanalyzingfielddatawiththeintelligentpointdetectorencapsulatedwithHilbertenvelopedemodulationcircuit. Keywords:speedincreasingmachine;rollingbearing;envelopedemodulation;faultdiagnosis 滚动轴承作为旋转机械的重要的基础部件,在钢铁企业炼铁厂高炉、炼钢厂转炉、轧钢厂不同类型的轧机上应用非常广泛。
基于Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断方法杨宇;于德介;程军圣【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2005(024)001【摘要】Hilbert-Huang变换是一种新的自适应信号处理方法,它适合于处理非线性和非平稳过程.通过对信号进行Hilbert-Huang变换,可以得到信号的Hilbert边际谱,它能精确地反映信号幅值随频率的变化规律.针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特征,提出了一种基于Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断方法.该方法在Hilbert边际谱的基础上定义了特征能量函数,并以此作为滚动轴承的故障特征向量,建立M-距离判别函数来识别滚动轴承的故障类型.对滚动轴承的内圈、外圈故障信号的分析结果表明本文方法可以有效地提取滚动轴承故障特征.【总页数】3页(P70-72)【作者】杨宇;于德介;程军圣【作者单位】湖南大学,机械与汽车工程学院,长沙,410082;湖南大学,机械与汽车工程学院,长沙,410082;湖南大学,机械与汽车工程学院,长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TH165【相关文献】1.基于LCD-Hilbert谱奇异值和QRVPMCD的滚动轴承故障诊断方法 [J], 杨宇;何知义;潘海洋;程军圣2.基于广义形态学滤波和 Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断 [J], 崔宝珍;马泽玮;李会龙;王珊3.基于改进VMD和Hilbert包络谱分析的滚动轴承故障诊断方法研究 [J], 赵杰;陈志刚;赵志川;张楠4.基于Hilbert边际谱和IPSO-SVDD的滚动轴承故障诊断 [J], 高峰;申江江;曲建岭;袁涛;何勰;余路5.基于LCD和局部Hilbert边际能量谱的滚动轴承故障特征提取方法 [J], 杨潘;李东文;曾鸣因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。