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基于时频挤压和阶比分析的变转速轴承故障检测方法
汇报人:
2024-01-31
REPORTING
目录
引言
时频挤压理论与方法
阶比分析理论与方法
基于时频挤压和阶比分析的故障检测
实验验证与结果分析
结论与展望
PART
01
引言
REPORTING
轴承是机械设备中的关键部件,其运行状态直接影响设备的性能和可靠性。
变转速工况下,轴承的故障特征表现出非平稳性,传统的故障检测方法难以有效识别。
因此,研究适用于变转速工况的轴承故障检测方法,对于保障设备安全运行具有重要意义。
目前,变转速轴承故障检测主要采用时频分析方法,如短时傅里叶变换、小波变换等。
这些方法在一定程度上能够提取轴承的故障特征,但在处理非平稳信号时仍存在局限性。
阶比分析是一种适用于变转速工况的信号处理方法,能够有效提取轴承的故障特征,但计算复杂度较高。
本研究旨在将时频挤压和阶比分析相结合,提出一种适用于变转速工况的轴承故障检测方法。
通过实验验证所提方法的有效性和优越性,为轴承故障检测提供新的思路和方法。
通过时频挤压处理,降低信号的冗余度,提高阶比分析的计算效率。
该研究对于提高机械设备的运行安全性和可靠性,减少故障停机时间,具有重要的理论意义和应用价值。
PART
02
时频挤压理论与方法
REPORTING
时频分析概念
将一维时域信号转换为二维时频域信号,揭示信号频率随时间的变化规律。
常用时频分析方法
短时傅里叶变换、小波变换、Wigner-Ville分布等。
时频分析在轴承故障检测中的应用
识别轴承故障特征频率,监测轴承运行状态。
03
02
01
时频挤压概念
通过非线性变换将时频域信号在频率方向进行压缩,使得信号能量更加集中,便于故障特征提取。
时频挤压原理
基于信号局部特征的自适应压缩方法,通过构造时频挤压函数实现频率方向的压缩。
时频挤压效果评价
评价挤压后的信号质量,如能量集中度、故障特征可分离性等。
时频挤压函数设计
根据信号特点设计合适的时频挤压函数,实现频率方向的压缩。
离散化实现方法
将连续的时频挤压函数离散化,便于数字信号处理。
优化时频挤压函数的参数,使得挤压效果最佳。常用优化方法包括遗传算法、粒子群算法等。
参数优化方法
PART
03
阶比分析理论与方法
REPORTING
阶比定义
阶比是旋转机械中某一部件的旋转频率与参考轴旋转频率之比,用于描述部件在变转速条件下的运动特性。
阶比分析意义
阶比分析能够准确识别变转速条件下轴承等旋转部件的故障特征频率,为故障诊断提供依据。
阶比与转速关系
阶比与转速成正比关系,转速越高,阶比越大;反之,转速越低,阶比越小。
阶比谱法
通过计算信号的阶比谱,获取各阶比下的幅值和相位信息。阶比谱法能够准确识别故障特征频率,但需要较高的采样率和较长的数据长度。
重采样法
通过对信号进行重采样,将变转速信号转换为恒转速信号,进而进行阶比分析。重采样法实现简单,但可能引入误差。
插值法
通过对信号进行插值处理,获取等角度间隔的信号样本,进而计算阶比谱。插值法精度较高,但计算量较大。
瞬时频率法
通过计算信号的瞬时频率,获取瞬时阶比信息。瞬时频率法适用于非平稳信号分析,但抗干扰能力较弱。
PART
04
基于时频挤压和阶比分析的故障检测
REPORTING
采用小波变换、滤波器等方法去除信号中的噪声干扰。
去噪处理
对信号进行归一化或标准化处理,消除量纲和幅值差异对后续处理的影响。
标准化处理
根据需要,对信号进行重采样,以满足后续时频分析和阶比分析的要求。
采样率转换
01
采用短时傅里叶变换、小波变换等时频分析方法将信号转换为时频域表示。
时频表示
02
应用挤压变换算法对时频表示进行处理,将信号能量聚集在少数几个时频点上,提高信号的时频分辨率。
挤压变换
03
将挤压后的时频表示逆变换回时间域,得到挤压后的信号。
逆变换
通过传感器或编码器实时测量轴承的转速。
转速测量
根据转速信号计算阶比序列,将时间域信号转换为角度域信号。
阶比计算
对阶比信号进行傅里叶变换等谱分析方法,得到阶比谱,用于分析轴承的故障特征。
阶比谱分析
特征选择
采用特征选择算法对提取的特征进行筛选,去除冗余和不相关的特征,提高故障识别的准确性。
故障识别
应用模式识别算法对选定的特征进行分类和识别,判断轴承是否发生故障以及故障的类型和严重程度。
特征提取
从挤压后的信号和阶比谱中提取故障特征,如时域统计特征、频域特征、时频特征等。
PART
05
实验验证与结果分析
REPORTING
为了模拟轴承在实际运行中的故障情况,搭建了轴承故障模拟实验台,包括电机、转速控制器、负载装置、传感器和数据采集系统等。
轴承故障模拟实验台
采用专业的阶比分析软件,对采集到的轴承振动信号进行阶比分析处理,以提取轴承故障特征。
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