基于互相关函数的滚动轴承故障诊断方法研究

作者:马增强;谷朝健;王建东; 刊名:应用基础与工程科学学报 上传者:刘苏君

【摘要】随着互相关系数结合共振解调方法广泛应用于滚动轴承故障诊断领域,这类方法逐步暴露出一些问题,如互相关系数方法需要借助其它算法降噪、互相关系数作为一个指标需要人为设置阈值等,这些缺陷导致该方法在很多状况下对轴承故障特征提取的效果并不理想.因此,本文提出了基于互相关函数的自适应共振解调方法,利用互相关函数降噪和突出同频信号的特性不仅可以摆脱对人为因素的依赖,而且可以进一步削弱所选共振带内部噪声,从而使故障特征频率更加明显.通过对这一新方法的精度测试与鲁棒性测试,表明了该方法不仅能够提高噪声干扰条件下的轴承故障诊断精度,而且对带通滤波器失效与任意一路信号源自身突发性故障具有良好的自适应能力.

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第25卷 3期 2017年 6月 应用基础与工程科学学报 JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING V01.25.No.3 June 2017 文章编号 :1005-0930(2017)03-0646-010 中图分类号 :THI65+.3 文献标识码 :A doi:10.16058/j.issn.1005-0930.2017.03.020 基 于互相关 函数 的滚动轴承 故 障诊 断方法研究 马增强 , 谷朝健 2, 王建东 (1.石家庄铁道大学电气与电子工程学 院,河北 石家庄 050043;2.中车青 岛 四方机 车车辆股份有限公 司,山东 青 岛 266111) 摘要 :随着互相关系数结合共振解调方法广泛应用于滚动轴承故障诊断领域 ,这 类方法逐 步暴露 出一些问题,如互相关系数方法需要借助其它算法降噪、互相关 系数作为一个指标需要人为设置阈值等,这些缺 陷导致该方法在很 多状况下对 轴承故障特征提取的效果并不理想.因此,本文提 出了基于互相关函数的 自适应 共振解调方法,利用互相关函数降噪和突 出同频信号的特 性不仅 可以摆脱对人 为因素的依赖,而且可以进一步削弱所选共振带内部噪声 ,从而使故障特征频率 更加明显.通过对这一新方法的精度测试 与鲁棒性测试 ,表明了该方法不仅能够 提高噪声干扰条件下的轴承故障诊 断精度 ,而且对带通滤波器失效 与任意一路 信号源 自身突发性故障具有 良好的 自适应能力. 关键词:自适应共振解调;滚动轴承 ;故障诊断;互相关函数 轴承故障是常见的机器故障之一 ,通过有效的实时监测轴承的工作状态,是对轴承早 期故障进行诊断的前 提和必要环节 J.唐德尧首先在机 车故 障诊 断 中应 用共 振解调方 法 ,成功提取出机车轮对 的故障特征频率.随着共振解调方法在旋转机械故障诊断领域的 广泛应用 ,该方法逐步暴露出各种缺陷 ,如带通滤波器的参数不可调、需要凭工人经验选 择最优共振带 、过度依赖于一路信号源 、所选共 振带 内噪声无法进一步去除 ,因此 限制 了 共振解调方法的使用范围.文献 [2]采用一种基 于峭度最大化 的谱峭度法设计最优带通 滤波器 ,利用包络分析进行轴承故障诊 断,由此实现 了 自适应共振解调 ,但是该方法仍然 依赖于单一信号源 ,而且不能削弱共振带 内部噪声 ,当该信号源故障时,强噪声会 给诊断 结果带来较大干扰.为了摆脱对一路信号的依赖 ,张超等 提 出了基于 EMD降噪和谱峭 度的轴承故障诊断方法 ,该方法利用互相关系数在一定程度上摆脱了对单一信号源 的依 赖 ,然而在不同强度噪声背景下 ,最大 的相关系数可能会随噪声强度不 同而改变 ,导致互 相关系数 阈值的设定取决于人为的主观因素.文献 [4]、[5]介绍 了互相关 函数 良好 的性 质并验证 了互相关 函数对噪声有 良好的抑制能力.通过将本文所述方法与文献 [6]所述 收稿 日期 :2016-06-06;修 订 日期 :2016.12—16 基金项 目:国家 自然科学基金项 目(11227201,11372199,11572206);河北 省 自然科学基金项 目(A2014210142) 作者简介 :马增强 (1975一 ),男 ,博士 ,教授.E mail: 马增强等:基于互相关函数的滚动轴承故障诊断方法研究 基于 EMD降噪和谱峭度法结合的共振解调方法对 比,突 出了互相关函数比互相关系数在 轴承故障诊断具有更好的降噪能力 ,能够更好脱离人为因素. 互相关 函数 已用于诸多工程领域.如

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