陳玉青，潘宏俠，雷智強(qiáng)，劉會(huì)倩

（1.中北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，山西 太原 030051；2.中國人民解放軍66336部隊(duì)92分隊(duì)，河北 高碑店 074000；3.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

在故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，信號的分析與處理是最關(guān)鍵的一步。分形理論是基于一種尺度而研究復(fù)雜信息問題的，作為一種現(xiàn)代信號分析方法，在振動(dòng)領(lǐng)域的研究中，尤其是在機(jī)械設(shè)備診斷和識(shí)別領(lǐng)域得到了應(yīng)用［1，2］。本文基于分形理論對W85高射機(jī)槍自動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷。

1 基于網(wǎng)格維數(shù)的故障分析

將分形維數(shù)作為機(jī)械設(shè)備振動(dòng)信號診斷識(shí)別的特征量，對其正常狀態(tài)和幾種非正常狀態(tài)按照相同的采樣間隔Δti（i＝1，2，…，n，n為采樣周期的個(gè)數(shù)）進(jìn)行采樣，計(jì)算第j種狀態(tài)的網(wǎng)格維數(shù)DjΔti和待檢信號x的網(wǎng)格維數(shù)。

定義維數(shù)距離函數(shù)為：

計(jì)算待檢信號x和第j種狀態(tài)的維數(shù)距離，R（j，x）越大，則兩者的相關(guān)程度就越強(qiáng)；反之，兩種模式就越相離［3］。

2 自動(dòng)機(jī)故障類型分析與實(shí)驗(yàn)設(shè)置

在機(jī)槍自動(dòng)機(jī)的反復(fù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，機(jī)槍的閉鎖片曾多次出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)閉鎖塊沿裂紋折斷，導(dǎo)致機(jī)槍停射。本文以W85高射機(jī)槍自動(dòng)機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，針對現(xiàn)實(shí)狀況，分別在閉鎖片閉鎖斜面的圓角處沿其半徑方向設(shè)置0.5mm深的裂紋槽（故障1）和沿經(jīng)過閉鎖片回轉(zhuǎn)圓心且垂直于閉鎖片內(nèi)平面的方向設(shè)置0.5 mm深的裂紋槽（故障2），進(jìn)行單發(fā)射擊和三連發(fā)射擊兩種狀態(tài)的射擊，測取正常狀態(tài)和不同故障狀態(tài)的加速度振動(dòng)信號，并將單發(fā)和三連發(fā)的各一種故障信號作為待測信號。

3 故障實(shí)例分析

為了驗(yàn)證分形理論在自動(dòng)機(jī)沖擊信號故障診斷方面具有有效性，采集不同工況下的加速度a振動(dòng)信號進(jìn)行分析。采樣總時(shí)間T＝5.346 0s，采樣周期分別為Δt＝77ms，87ms，103ms，123ms和154ms。圖1為采樣周期為77ms時(shí)不同故障狀態(tài)下原始信號時(shí)域圖。

圖1 采樣周期為77ms時(shí)不同故障狀態(tài)下原始信號時(shí)域圖

根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)計(jì)算相應(yīng)的網(wǎng)格維數(shù)特征值，見表1。不同采樣周期的網(wǎng)格維數(shù)如圖2所示。

表1 不同采樣周期的網(wǎng)格維數(shù)特征值

由式（1）可計(jì)算出待測信號1，2與各種狀態(tài)信號之間的維數(shù)距離，見表2、表3。

圖2 不同采樣周期的網(wǎng)格維數(shù)圖

表2 待測信號1與各狀態(tài)信號的維數(shù)距離

由表2和表3可以看出，待測信號1與三連發(fā)故障1的維數(shù)距離最大，根據(jù)維數(shù)距離理論，待測信號1與三連發(fā)故障1的相關(guān)程度最強(qiáng)。故可判斷待測信號1最有可能是三連發(fā)故障1，該結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致。同理，待測信號2最有可能是三連發(fā)故障2，該結(jié)果與實(shí)際結(jié)果亦一致。

表3 待測信號2與各狀態(tài)信號的維數(shù)距離

4 結(jié)論

根據(jù)以上結(jié)論可知：基于網(wǎng)格維數(shù)的分形診斷方法原理簡單、容易理解，只要在時(shí)域內(nèi)即可進(jìn)行故障診斷。

［1］李舜酩，李香蓮.振動(dòng)信號的現(xiàn)代分析技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［2］王宏宇.信號處理的相關(guān)理論綜合與統(tǒng)一法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［3］姚竹亭，潘宏俠，陳越良.分形理論在裝甲車輛滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2009（4）：66-70.