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        基于小波-包絡(luò)解調(diào)的齒輪箱復(fù)合故障研究

        2018-03-21 01:05:03李嘉鵬苑宇
        大連交通大學(xué)學(xué)報 2018年1期
        關(guān)鍵詞:故障診斷故障信號

        李嘉鵬,苑宇

        (大連交通大學(xué) 機械工程學(xué)院,遼寧 大連 116028)

        0 引言

        齒輪箱作為最重要的動力傳動部件之一,在機械設(shè)備領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用于金屬切割機床、航空航天工業(yè)、電力系統(tǒng)、運輸機械、農(nóng)業(yè)機械、冶金、船舶工業(yè)等現(xiàn)代化重要工業(yè)中.由于齒輪箱常被用于在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的大型機械設(shè)備當(dāng)中,其惡劣的工作環(huán)境和復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使齒輪箱自身及其內(nèi)部的齒輪和軸承很容易受到嚴重損害,導(dǎo)致復(fù)合故障的發(fā)生[1-3].小波分析在時頻域內(nèi)具有“時間-尺度”特性[4-6],信號通過小波變換后可將復(fù)合故障表征在不同頻帶內(nèi),而包絡(luò)解調(diào)分析可以將故障特征頻率清晰地顯現(xiàn)出來,將小波與包絡(luò)解調(diào)相結(jié)合的分析方法有利于復(fù)合故障特征的分離與提取.本文以此為研究背景,針對包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障應(yīng)用中的局限性,改進解調(diào)算法,并結(jié)合小波技術(shù)對采集到的齒輪箱振動信號進行小波-包絡(luò)解調(diào)分析[7-8],實現(xiàn)齒輪箱復(fù)合故障診斷.實驗證明,小波-包絡(luò)解調(diào)分析可以有效地分離與提取齒輪箱復(fù)合故障特征,為復(fù)合故障診斷技術(shù)提供了理論基礎(chǔ).

        1 復(fù)合故障頻帶劃分準則

        小波變換是由尺度因子和小波函數(shù)決定的,而尺度因子和小波函數(shù)的選擇會帶來不同的變換結(jié)果,這致使小波變化具有復(fù)雜性.因此 Mallat提出了多分辨分析理論,并給出了一種不需知道具體尺度因子和小波函數(shù),由小波系數(shù)就可完成小波分解和重構(gòu)的快速算法-Mallat算法,如圖1所示.

        圖1 Mallat分解算法示意圖

        復(fù)合故障可以理解為多個單一故障在時頻域的一種疊加和混合,每個單一故障同時由一個系統(tǒng)構(gòu)成且存在主次關(guān)系,然而每個故障又有不同的故障特征,它們之間既相互聯(lián)系,又相互獨立.因此,當(dāng)機械設(shè)備發(fā)生復(fù)合故障時,可以通過頻帶的劃分,將混疊在同一頻帶里的不同故障頻率劃分到不同的頻帶之中,根據(jù)各故障的特征頻率進行頻帶劃分,可以有效地將復(fù)合故障分離進各單一故障的通道之中,可以實現(xiàn)復(fù)合故障的分離和識別[9-10].

        小波變換具有多分辨分析的性質(zhì),信號通過一次小波變換以后,被分解為低頻和高頻兩個部分,信號的頻帶就被劃分一次.因此,利用小波變換的這個性質(zhì),可以把信號的整個頻域分解為不同的頻帶,針對有被分析需求的頻帶,提取頻帶內(nèi)的小波分解系數(shù)即可完成信號分析.其過程如下:

        設(shè)有采樣頻率為fs的振動信號,根據(jù)Nyquist采樣定理可知,該信號的頻域在[0,fs/2]內(nèi),則信號此時的頻帶即為[0,fs/2].現(xiàn)對該被測信號進行小波變換,將信號分解為低頻和高頻兩個部分,此時信號的頻帶被劃分為[0,fs/4]和[fs/4,fs/2].此時對低頻部分進行再分解,又將信號的頻帶劃分為[0,fs/8]和[fs/8,fs/4],以此類推,經(jīng)過n次小波變換,便可以得到信號的頻帶為[0,fs/2n+1]和[fs/2n+1,fs/2n].以兩層小波變換為例,其頻帶劃分過程如圖2所示.

        2 包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障提取的應(yīng)用

        2.1 包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障中的局限性

        假設(shè)有一個信號是由兩個不同頻率的余弦信號組成,其頻率分別為f1和f2(f1

        x(t)=A1cos(2πf1t)+A2cos(2πf2t)

        (1)

        根據(jù)三角函數(shù)和差化積原理,式(1)可得:

        (2)

        再對上式進行Hilbert變換,得到其包絡(luò)信號為;

        (3)

        對包絡(luò)信號進行傅里葉變換后可得:

        (4)

        由此可見,對復(fù)合故障信號進行直接包絡(luò)譜分析,其頻譜會表現(xiàn)出以f2-f1為基頻的一簇故障頻率成分,其調(diào)制頻率為f2-f1.因此,在復(fù)合故障診斷中,包絡(luò)解調(diào)分析具有鮮明的局限性.

        2.2 改進包絡(luò)解調(diào)算法

        假設(shè)有一個由兩個不同周期的沖擊序列組成的復(fù)合故障信號,其故障1的沖擊序列的故障特征頻率為f1,幅值為A1;故障2的故障特征頻率為f2,幅值為A2.則故障1的沖擊序列在包絡(luò)譜中的沖擊個數(shù)為N1,故障2的沖擊序列在包絡(luò)譜中的沖擊個數(shù)為N2,則兩個沖擊序列的能量分別為:

        (5)

        用ρ1、ρ2表示各沖擊所占能量比,且存在關(guān)系:ρ1=1-ρ2,則各故障脈沖幅值可表示為:

        (6)

        對故障沖擊序列做離散自相關(guān)計算,可得:

        (7)

        (8)

        由式(7)、(8)可得沖擊序列的能量總是隨著特征頻率延遲量φ的變化而變化,記φ=0時的沖擊幅值為“等效幅值”,則兩個沖擊序列的幅值差為:

        A*=(2ρ1-1)E

        (9)

        當(dāng)ρ1>0.5時A*>0,這表明故障信號中的兩個沖擊序列經(jīng)改進計算后,能量較大的沖擊總是具有較大的“等效幅值”;若復(fù)合故障信號中能量較大的沖擊序列在包絡(luò)譜中的幅值較小時,在ρ1>0.5時,通過改進計算以后,可以有效地增大能量較大的沖擊特征.此時可以明顯地減弱在包絡(luò)譜中譜峰的干擾程度,利于包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障提取中的應(yīng)用[11].

        2.3 包絡(luò)解調(diào)的故障診斷方法

        將小波與包絡(luò)解調(diào)方法相結(jié)合,可以有效地分離和提取復(fù)合故障特征,圖3給出了三層分解的小波-包絡(luò)譜分析方法的流程圖.

        圖3 基于小波-包絡(luò)譜的復(fù)合故障特征提取流程

        如圖3所示,首先將包含復(fù)合故障信息的振動信號S進行小波分解,得到各層小波分解系數(shù)的子信號,再對這些子信號進行改進包絡(luò)解調(diào)計算,提取各子信號中的故障特征信息,實現(xiàn)復(fù)合故障特征的分離與提取.

        3 包絡(luò)譜的齒輪箱復(fù)合故障實例分析

        選擇模擬齒輪箱工作的QPZZ-Ⅱ試驗臺為研究對象,其試驗臺及各結(jié)構(gòu)如圖4所示.

        圖4 故障仿真試驗臺及各結(jié)構(gòu)示意圖

        對齒輪箱中的滾動軸承和齒輪進行振動信號采集,其中齒輪箱故障特征頻率見表1[5].

        表1 試驗臺齒輪箱故障特征頻率

        圖5(a)、5(b)分別為齒輪箱中大齒輪斷齒與滾動軸承外圈損傷故障的復(fù)合故障信號時域波形圖與FFT頻譜圖.

        (a) 大齒輪斷齒與滾動軸承外圈故障時域波形

        (b) FFT頻譜

        根據(jù)頻帶劃分準則,采用db10小波基函數(shù)對復(fù)合故障信號進行5層小波分解,并提取其中第二層細節(jié)系數(shù)D2和第五層近似系數(shù)A5做改進包絡(luò)解調(diào)得包絡(luò)譜.

        在圖6(a)中,可以清晰地看到符合滾動軸承外圈損傷故障特征頻率的80.1 Hz及其二倍頻160.5 Hz、三倍頻239.6 Hz、四倍頻321.1 Hz;而圖6(b)中可以明顯看到符合大齒輪轉(zhuǎn)頻的10.3 Hz及其二倍轉(zhuǎn)頻20.5 Hz、三倍轉(zhuǎn)頻30.1Hz、四倍轉(zhuǎn)頻43.7 Hz、五倍轉(zhuǎn)頻56.1 Hz和六倍轉(zhuǎn)頻67.1 Hz,說明故障中包含與大齒輪轉(zhuǎn)頻相吻合的,即以調(diào)制頻率為11 Hz的沖擊序列,振幅相對較大,說明該齒輪發(fā)生了斷齒故障.通過小波-包絡(luò)解調(diào)分析可證明該復(fù)合故障由齒輪斷齒故障與滾動軸承外圈損傷故障組成.

        (a) D2改進包絡(luò)解調(diào)譜

        (b) A5改進包絡(luò)解調(diào)譜

        再對小齒輪裂紋與滾動軸承內(nèi)圈損傷故障的復(fù)合故障模擬實驗進行研究,其時頻域波形圖如圖7.

        (a) 小齒輪裂紋與滾動軸承內(nèi)圈故障時域波形

        (b) FFT頻譜

        采用sym8小波對復(fù)合故障信號進行5層小波分解,并作細節(jié)系數(shù)D2和近似系數(shù)A5包絡(luò)解調(diào)譜,如圖8.

        (a) D2改進包絡(luò)解調(diào)譜

        (b) A5改進包絡(luò)解調(diào)譜

        從圖8(a)中可以看到符合滾動軸承內(nèi)圈損傷故障特征頻率的117.2 Hz及其二倍頻229.7 Hz、三倍頻339.1 Hz,在其故障特征頻率周圍激勵出了以傳動軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的調(diào)制譜峰.圖8(b)中可以看到符合小齒輪轉(zhuǎn)頻的15.8 Hz及其二倍轉(zhuǎn)頻29.7 Hz處的譜峰,說明故障中包含以小齒輪轉(zhuǎn)頻為調(diào)制頻率的故障,其階數(shù)較少,但其譜峰處的幅值較高,通過進一步分析可得造成這一現(xiàn)象的原因可能是:內(nèi)圈損傷故障發(fā)生時,其由于受到轉(zhuǎn)動軸的調(diào)制頻率恰好與小齒輪轉(zhuǎn)頻相同,其能量可能疊加在同一振動時刻.通過解調(diào)譜可以分析出齒輪該處故障符合裂紋特征,此復(fù)合故障包含小齒輪裂紋與滾動軸承內(nèi)圈損傷故障.

        4 結(jié)論

        通過小波-包絡(luò)解調(diào)對齒輪箱振動信號的實驗數(shù)據(jù)和分析,得出以下兩個結(jié)論:

        (1)基于小波變換的復(fù)合故障頻帶劃分準則可以有效地在頻帶內(nèi)分離復(fù)合故障能量帶,將復(fù)合故障簡化為不同通道內(nèi)的單一故障,實現(xiàn)復(fù)合故障分離;

        (2)改進的包絡(luò)解調(diào)算法可以有效減弱包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障特征提取中的局限性,有利于故障特征提取的準確性,給包絡(luò)解調(diào)在復(fù)合故障診斷技術(shù)提供了理論基礎(chǔ).

        [1]曹根基.通用機械設(shè)備[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011:27-39.

        [2]屈梁生.機械故障診斷理論與方法[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2010:39-67.

        [3]丁康,李巍華,朱小勇.齒輪及齒輪箱故障診斷實用技術(shù)[M].北京:機械工程出版社,2008.

        [4]王麗榮.基于小波變換的目標檢測方法研究[D].長春:吉林大學(xué),2006.

        [5]孫潔娣,靳世久.基于小波包能量及高階譜的特征提取方法[J].天津大學(xué)學(xué)報,2010(6):562-566.

        [6]蔣新春.小波分析基本原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,2012.

        [7]宋曉美,孟繁超,張玉.基于包絡(luò)解調(diào)分析的滾動軸承故障診斷研究[J]. 儀器儀表與分析監(jiān)測,2012(1):16-19.

        [8]BIN LI, YU GUO, TING WEI LIU, et al. Fault Diagnosis of Gearbox Based on ICA and Envelope Analysis[J]. Advanced Materials Research, 2012, 1601(430):2054-2057.

        [9]JINGLONG CHEN, ZIPENG LI, JUN PAN, et al. Wavelet transform based on inner product in fault diagnosis of rotating machinery: A review[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2016, 70:70-71.

        [10]袁靜,何正嘉,訾艷陽.基于提升多小波的機電設(shè)備復(fù)合故障分離和提取[J].機械工程學(xué)報,2010(1):79-85,91.

        [11]張昆帆,裴喜龍,黨同心,等.基于頻譜包絡(luò)自相關(guān)的ISAR轉(zhuǎn)角估計方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2014(8):1511-1516.

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