收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于现代信号分析和神经网络的滚动轴承智能诊断技术研究

陆爽  
【摘要】:滚动轴承是各种机电设备中的重要组成部件,其主要特点是其寿命的随机性较大,目前还无法准确预测其寿命的长短,并且它的工作状态直接影响到设备正常运行的质量。因而掌握滚动轴承运行的工作状态以及故障的形成和发展是目前机械故障诊断前沿领域中所研究的重要的课题之一。利用轴承及其组件的随机振动信号对其工作状态进行监测和诊断是目前机械故障监测与诊断研究中最常用的方法。在以机械设备振动信号为参量的机械运行状态监测与诊断中,当轴承出现故障时,所测取的设备中机械设备振动信号不但有轴承故障信号,而且还包含其它机械部件的振动信号,是典型的非平稳、非线性、非Gauss信号,并且在滚动轴承早期的故障产生阶段,其故障特征信息很微弱,很容易被机械中其它零部件运行中引起的振动信号和大量的随机机械振动信号所淹没。如何从所测取的振动信号中提取轴承微弱故障信号的特征信息并用来识别轴承的运行状态成了一个工程实践中面临的重要问题。 本文基于现代信号分析中的时频分析、时序分析、主分量分析、高阶谱分析、小波分析、分形理论和人工神经网络等数学方法和工具对滚动轴承运行的工作状态及故障特征进行较为深入和系统的研究,给出了一些新的解决问题的方案,其主要的研究成果和相应的结论如下: 1. 应用传统谱分析和现代谱分析技术对滚动轴承的振动信号的频谱进行了详细的分析。试验结果明确指明:无论用哪种频谱分析方法,由于轴承的初始故障状态产生的信号一般比较微弱,因而试图通过所测取的振动信号直接进行频谱分析从而得到轴承故障特征频率的企图是徒劳的。 2. 应用包络分析方法对滚动轴承的振动信号进行了研究。试验结果表明:轴承如果不只是存在一个损伤点的情况下,试图对包络谱图给出合理的解释几乎是不可能的。而一般情况下轴承当使用到一定寿命时,或者由于某种原因引起损伤时,无论是外圈、内圈、滚动体还是保持架,只出现单个损伤的情况是很少见的。经常是多个同类型故障同时出现,而且不可能等间隔分布。尽管包络分析方法在轴承的故障特征频率诊断中可以 WP=161 作为一种诊断方法应用,但一般情况下应与其它方法共同使用,形成多信息综合判断准则,如果单独使用则故障诊断的准确率较低。 3. 详细讨论了STFT和WVD的理论和应用中的问题,建立了仿真软件和分析软件,并利用Wigner-Ville分布建立轴承状态时频谱图对其正常和异常信号进行分类。明确指出:利用滚动轴承振动信号的时频特征谱图建立基准图形信息库是一种可行的滚动轴承故障诊断的新方法。 4. 研究了高阶谱在非平稳、非Gauss、非线性信号特征提取中的良好的性质与作用。给出了详细的算法,建立了仿真软件和分析软件,并利用双谱建立轴承状态谱图对其正常和异常信号进行分类。明确指出:利用轴承信号的双谱特征谱图建立基准图形信息库是一种可行的滚动轴承故障诊断的新方法。 5. 利用分形原理和复杂信号分类的模式,详细研究了分形维数—盒维数的原理,明确给出盒维数的计算方法和实现程序,并以盒维数建立了轴承故障特征维数。明确指出:相同工作状态下的滚动轴承振动信号具有相近的盒维数,不同故障模式下的盒维数具有不同的数值,存在明显的可分性。可以利用盒维数来有效地识别滚动轴承的故障状态。分形理论可以为滚动轴承的故障监测和诊断提供一种准确可靠的新的和实用方法。 6. 提出了一种基于径向基函数神经网络的智能诊断系统。径向基核函数采用Gauss函数作为基本核函数,其方差因子参数为极坐标中的方向的函数,Gauss核函数的重要特点是保留集中在原点的信号自分量,抑制远离原点的交叉分量。仿真结果表明: RBF网络不但训练所需的时间短而且训练效果非常好,对正弦信号的预测误差在1%左右,其精度比BP网络高得多。 7. 提出了一种基于AR模型特征参数建立径向基函数神经网络的智能诊断系统。给出了详细的算法,建立了仿真软件和分析软件。明确指出:只要AR模型的特征参数估计合理、准确,网络训练集规模选择合理, 该智能网络就能以90%以上的准确率完成从滚动轴承振动信号空间到滚动轴承故障状态空间的非线性映射,完成滚动轴承状态模式识别的任务。 8. 提出了一种基于主矢量的主特征参数建立径向基函数神经网络的智能诊断系统。给出了详细的算法,建立了仿真软件和分析软件。明确指出:只要网络训练集规模选择合理,主特征值的特征参数估计合理、准确,该智能网络就能以90%以上的准确率完成从滚动轴承振动信号空间到滚动轴承故障状态空间的非线性映射。完成滚动轴承状态模式识别的任务。 WP=162 9. 提出了一种基于小波分析的小波减噪方法,给出了具体的算法和分析软件。通过仿真和试验研究表明,小波减噪方法是处理滚动轴承微弱故障信号的有效工具,尤其对隐含其中的微弱振动信号的检测能力很强,是实现对复杂滚动轴承故障信号信噪分离的较理想的工具。将小波减噪方法应用于滚动轴承的早期故障诊断,显著地提高了信噪比,取得了很好的效果。同时指出:小波分析是机械微弱信号检测的新方法和有力的工具。 10. 提出了一种基于小波能量特征向量和RBF网络相结合的小波神经网络智能诊断系统。给


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;铁道车辆滚动轴承设计经验(上)——与日本光洋、精工轴承公司技术交流总结[J];铁道车辆;1976年02期
2 丁连平;;轴承拉具[J];设备管理与维修;1989年10期
3 鲍子强;;轴承径向游隙分析[J];建筑机械;1993年05期
4 ;门诊处[J];交通世界;1997年06期
5 叶颖民,张金海,余元强;轴的结构设计应把握的几个问题[J];十堰职业技术学院学报;2005年03期
6 林智海;张志营;;轴承螺孔局部退火过程监控装置的设计[J];机电工程技术;2007年06期
7 高峰;吴亚旗;;变频电机轴电流分析及对策[J];电机技术;2007年04期
8 赵国霞;;基于PRO/E二次开发的轴承参数化模型库的实现[J];装备制造技术;2009年06期
9 程天峰;;SS4改型机车轴箱轴承损坏原因分析及应对措施[J];电力机车与城轨车辆;2009年04期
10 张庆举;袁松;;某船主减速齿轮箱输出轴非正常磨损的原因分析及修理工艺[J];中国修船;2010年03期
11 关贞珍;郑海起;杨云涛;王彦刚;;基于经验模态分解和Duffing振子的轴承故障诊断[J];农业机械学报;2010年09期
12 袁立福;赵金辉;;铁路货车滚动轴承内圈滚道检查仪的设计与应用[J];铁道机车车辆工人;2010年06期
13 袁立福;赵金辉;;铁路货车滚动轴承内圈滚道检查仪设计与应用[J];铁道机车车辆;2010年05期
14 沈阳铁路局轴承调查小组;车辆用42724 152724 42726 152726型轴承及轴箱检修技术要求(草稿)[J];铁道车辆;1973年08期
15 张书智;郑州南段用探伤器使轴承内圈退磁[J];铁道车辆;1981年06期
16 何践;;电机轴承噪声[J];电机与控制应用;1981年05期
17 尹国堂;轴承内圈沟道的高速切入磨削[J];轴承;1985年05期
18 梁光祖;;ZQDR-204牵引电动机轴承内圈与轴装配过盈量的推荐值[J];机车电传动;1985年01期
19 江河;;东风及东风_(2、3)型机车轮对轴箱装置检修中的几个问题[J];内燃机车;1985年12期
20 吴忆铭;;高速主轴的设计和实践[J];上海机床;1996年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 浦红;王德宝;王仲琨;;减速机轴承内圈表面剥离原因分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集[C];2011年
2 崔殿荣;;向心推力滚动轴承轴向负荷的确定[A];第十六届六省矿山学术交流会论文集[C];2009年
3 薛立新;;轧机四列圆柱滚子轴承内圈的安装技术[A];2004年全国炼钢、轧钢生产技术会议文集[C];2004年
4 明阳;陈进;;基于循环维纳滤波器和包络谱的轴承微弱故障特征提取[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年
5 吴(子尽)德;;JS系列高压电动机滚动轴承内圈甩出故障分析处理[A];广东省电机工程学会2003-2004年度优秀论文集[C];2005年
6 李自刚;李明;;具有轴承不对中故障的柔性非圆截面多转子系统非线性动力学行为[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
7 赵明良;;圆锥滚子轴承内圈滚道撂边分析[A];十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集[C];2009年
8 王志国;曹曙光;张永恒;;高压电动机轴承的使用与维护[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
9 冯强;李立;吴宝杰;刘庆廉;;汽车发动机辅助设备轴承润滑脂发展趋势[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
10 赵冬初;缪永康;;微机数显轴承润滑测量仪[A];摩擦学第四届全国学术交流会论文集(第二册)[C];1987年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 冯栋彦;高精度跟踪架通用轴系匹配及消差方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 朱自冰;直升机尾传动系统动力学关键问题研究[D];南京航空航天大学;2012年
3 马子魁;基于拟静力学方法的球轴承动力学特性研究[D];浙江大学;2010年
4 侯者非;强噪声背景下滚动轴承故障诊断的关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
5 王保民;电主轴热态特性对轴承—转子系统动力学特性的影响研究[D];兰州理工大学;2009年
6 徐东;球轴承疲劳剩余寿命分析与预测方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛蔺楷;兆瓦级风力发电机偏航轴承疲劳损伤分析[D];太原理工大学;2011年
2 张亚平;偏航、变桨轴承运动方程建立及可靠性研究[D];河南科技大学;2011年
3 任晓丽;轴承内环可变径感应拆装器的研究[D];吉林大学;2011年
4 蒋磊;转子跌落在保护轴承上的动力学研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 郑静;高速列车轴箱轴承疲劳寿命研究[D];北京交通大学;2014年
6 李珊珊;便携式轴承故障检测仪的研究与设计[D];太原理工大学;2010年
7 欧亚飞;电动汽车空调压缩机轴承失效的研究[D];广州大学;2012年
8 孙明磊;风力发电轴承超声检测方法研究与设备设计[D];南昌航空大学;2012年
9 申建利;高速动车轴承轴颈监测及智能选配的研究[D];太原科技大学;2014年
10 桑鹏飞;风力发电机组变桨距轴承性能分析与研究[D];华北电力大学(北京);2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山西焦煤集团西曲矿 覃志勇;浅论机械零件的设计与选材[N];山西科技报;2005年
2 车尚礼;滚动轴承损坏的原因及正确装配方法[N];山东科技报;2000年
3 张鑫珩;走出质量困境 国产水泵需提高效率和稳定性[N];中国工业报;2006年
4 记者 郑惠华 通讯员 杨胜敏;德龙公司轧钢厂自制设备搞节约[N];河北经济日报;2006年
5 本报记者 刘聪;深耕高精技术领域 轴承企业闪耀制博会[N];机电商报;2007年
6 陈宾;改进行星轮轴结构 降低采煤机故障率[N];经理日报;2008年
7 韩云峰;巧妙提高轴承游隙测量精度[N];中国电力报;2008年
8 孝义市政府机关事务管理局 高蒋芬;联接件的拆卸方法[N];山西科技报;2010年
9 潘杰宗;立磨磨辊轴承性能分析[N];中国建材报;2011年
10 山东 孔军;也谈电动机常见故障分析及处理[N];电子报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978