基于滑移向量序列奇異值分解的滾動軸承故障診斷研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步與現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備不斷向大型、復(fù)雜、高速、高效及重載的方向發(fā)展;與此同時(shí)，其工作和運(yùn)行環(huán)境也更加復(fù)雜和苛刻。這些設(shè)備通常作為能源、石化、冶金及其他國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，它們一旦突然發(fā)生故障，不僅會增加企業(yè)的維護(hù)成本，降低企業(yè)的生產(chǎn)效率，還可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡，產(chǎn)生不良的社會影響。因此，開展對于此類設(shè)備的故障診斷技術(shù)研究對于設(shè)備的安全維護(hù)和運(yùn)行具有重要的意義。
　　

2、 本文將以旋轉(zhuǎn)機(jī)械中常見的滾動軸承為研究對象，在充分深入理解滾動軸承運(yùn)行故障機(jī)理的基礎(chǔ)上，將軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子交變載荷引入滾動軸承的故障模型，并提出了基于滑移向量序列奇異值分解的滾動軸承故障診斷方法。滾動軸承在強(qiáng)噪聲背景下發(fā)生故障時(shí)，其故障特征的識別與提取會受到較大程度的干擾，因此從故障的物理本質(zhì)入手，洞悉故障產(chǎn)生機(jī)理，給出更加精確表述故障特征的滾動軸承故障模型就顯得至關(guān)重要。通過沖擊波動非平穩(wěn)模型提出，利用滑移向量序列奇異值分解方

3、法處理故障信號，對于提高滾動軸承故障沖擊波動識別精度，增強(qiáng)滾動軸承故障在強(qiáng)噪聲背景下的弱故障特征提取能力具有重要作用。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1)從理論分析與工程應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述了論文的選題背景和研究意義?；仡櫡治龅臐L動軸承故障機(jī)理研究發(fā)展、故障診斷方法、故障特征提取手段等方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，總結(jié)了目前研究中需要解決的問題，提出本文的研究內(nèi)容。
　　 2)在深入研究滾動軸承故障機(jī)理的基礎(chǔ)上，將軸系交變載荷影

4、響因素引入滾動軸承故障模型。該交變載荷因素的引入，可更好地解釋在軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中滾動軸承故障信號的波形表現(xiàn)，提高對滾動軸承故障特征描述的準(zhǔn)確性。同時(shí)該交變載荷的引入也使故障沖擊的波動性增強(qiáng)，這對故障信號處理方法的應(yīng)用帶來的新的要求。
　　 3)根據(jù)滾動軸承的故障沖擊波動特性，提出了沖擊波動非平穩(wěn)故障模型。針對滾動軸承故障特征信號的非平穩(wěn)特性，由于沖擊滑移、波動的存在，呈現(xiàn)非嚴(yán)格的循環(huán)平穩(wěn)特性，因此，針對滾動軸承特有的故障沖擊循環(huán)特

5、征，提出了沖擊波動非平穩(wěn)故障模型，使其能夠更加精確的描述滾動軸承的故障特性，從而更加準(zhǔn)確預(yù)測故障信號表現(xiàn)。
　　 4)針對滾動軸承故障信號中出現(xiàn)的沖擊波動及強(qiáng)干擾現(xiàn)象，本文提出一種滑移向量的架構(gòu)方法，它可將對象振動信號架構(gòu)成一列短時(shí)滑移向量序列，此向量序列的構(gòu)架和應(yīng)用將有助于信號時(shí)域上的細(xì)化分析處理。每一組滑移向量對應(yīng)于從原振動信號中的截取的短時(shí)序列，通過滑移截取的方法可即可得到對應(yīng)的滑移向量序列，通過此滑移向量可實(shí)現(xiàn)對信號的“

6、顯微鏡”式分析效果，同時(shí)為后續(xù)的奇異值分解特征提取方法提供有效的分析依據(jù)和前提。
　　 5)根據(jù)滑移向量序列的架構(gòu)基礎(chǔ)，引入奇異值分解算法對相應(yīng)的滑移向量進(jìn)行處理，以主奇異值比為對應(yīng)的分析特征，形成基于滑移向量的奇異值分解特征提取方法。在對每一個(gè)滑移向量進(jìn)行奇異值分解處理后，可得到對應(yīng)的奇異值矩陣，通過計(jì)算獲得其中的主奇異值比率作為新特征，由此可得到一組新的特征序列，此特征序列對應(yīng)于原時(shí)間序列中的沖擊特征表現(xiàn)，它可提取原信號中每

7、一短時(shí)序列中的沖擊特征，從而實(shí)現(xiàn)滾動軸承微弱故障沖擊的識別與提取。
　　 6)根據(jù)所獲取的沖擊特征序列相關(guān)參數(shù)，提出了基于滑移向量序列的奇異值分解故障診斷模型。該模型在充分利用新的沖擊特征參數(shù)的技術(shù)上，結(jié)合最優(yōu)濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，給出了基于(f,△f)的最優(yōu)濾波器設(shè)計(jì)方法。該濾波器設(shè)計(jì)方案綜合考慮了穩(wěn)定性和故障提取能力的平衡問題，在保證故障識別穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的前提下，最優(yōu)化地發(fā)揮濾波器的故障提取能力，從而實(shí)現(xiàn)對滾動軸承微弱故障