基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法

针对变转速下的齿轮箱中复合故障的特征提取,提出了一种基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪算法从原始振动信号中提取转频信号,再根据转频信号对原始振动信号进行等角度重采样,将时域非平稳信号转化为角域周期平稳信号,最后对角域周期平稳信号进行循环平稳解调分析,根据故障特征阶次处的切片解调谱进行齿轮箱复合故障诊断。通过算法仿真和应用实例对包含齿轮局部故障和轴承局部故障的变转速齿轮箱复合故障进行了分析,分析结果表明,该方法在无转速计的情况下能有效地提取处于变转速下的齿轮箱复合故障的特征。

基于线调频小波路径追踪算法与EEMD的齿轮箱复合故障诊断方法

针对变转速下的齿轮箱中复合故障的故障特征提取,提出一种基于线调频小波路径追踪算法与集合经验模式分解的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪算法从原始振动信号中提取转频曲线,根据转频曲线对原始振动信号进行等角度重采样,将时域信号转化为角域信号,再对角域重采样信号进行集合经验模式分解,根据相关系数选取合适的内禀模态函数,最后对所选取的内禀模态函数分量进行Hilbert包络谱分析,根据包络谱进行齿轮箱复合故障诊断。通过算法仿真和应用实例对包含齿轮局部故障和轴承局部故障的变转速齿轮箱复合故障进行分析,结果表明,该方法在无转速计的情况下能有效地提取变转速齿轮箱复合故障的特征。

齿轮箱复合故障振动信号的形态分量分析

在改进形态分量分析系数阈值去噪方法的基础上,将其用于齿轮箱复合故障振动信号的分析。齿轮箱中的齿轮出现局部故障时,其振动信号中往往出现调幅调频成分;而滚动轴承出现局部故障时,其振动信号中往往出现周期性瞬态冲击成分。调幅调频成分的幅值变化相对缓慢,可看作信号中的光滑部分;而瞬态冲击成分的幅值变化较快,可看作信号中的细节部分,故可依据此形态差异实现二者的分离。采用形态分量分析方法将齿轮箱复合故障振动信号分解为包含滚动轴承局部故障信息的冲击分量、包含齿轮局部故障信息的谐振分量及残余分量,根据冲击分量和谐振分量的Hilbert包络解调谱分别诊断滚动轴承和齿轮的局部故障。对齿轮箱复合故障振动信号的分析结果表明,该方法可有效分离滚动轴承与齿轮的故障特征,且效果要优于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法。

基于核形态成分分析的齿轮箱复合故障诊断研究

形态成分分析(MCA)是最新提出的一种基于稀疏表示的信号和图像分解(分离)方法,其主要思想是利用信号组成成分的形态差异性(可以由不同的字典稀疏表示)进行分离。结合核函数把基于MCA的线性盲分离方法拓展到非线性混叠情况,给出一种非线性混叠信号盲分离算法。该算法通过非线性映射将混叠信号投影到高维特征空间,将样本空间的非线性混叠问题转化成高维特征空间的线性混叠问题,然后应用MCA算法对高维特征空间中的混叠信号进行分离。通过对齿轮齿根裂纹、轴承内圈、外圈复合故障的实验信号的分析,表明该方法能有效地分离出齿轮箱的复合故障。

基于形态分量分析与能量算子解调的齿轮箱复合故障诊断方法

针对齿轮箱复合故障的故障特征分离,提出了一种基于形态分量分析与能量算子解调的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法先根据振动信号中各组成成分形态的差异,采用形态分量分析方法构建不同形态的稀疏表示字典进行故障成分分离,将齿轮箱复合故障信号分解为包含齿轮故障信息的谐振分量、包含轴承故障信息的冲击分量和噪声分量,然后分别对谐振分量和冲击分量进行能量算子解调分析,最后根据各解调谱诊断齿轮和轴承故障。算法仿真和应用实例表明该方法能有效地分离齿轮箱复合故障振动信号中齿轮与轴承的故障特征。

一种基于增强型最大二阶循环平稳盲解卷积的齿轮箱复合故障诊断

针对齿轮箱复合故障振动信号易受到背景噪声干扰,使得传统方法对复合故障冲击特征难以准确分离的问题,提出一种自适应最大二阶循环平稳盲解卷积(ACYCBD)与1.5维导数增强谱相结合的复合故障诊断方法。首先,利用循环谱分析检测复合故障振动信号中与故障特征相关的循环频率成分,构建不同目标类型的循环频率集;之后,根据不同类型的循环频率集,提出一种以三阶累积量稀疏度(TCS)为指标,自适应地选取最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的最优滤波器长度的改进算法,从而更好地获得包含不同故障冲击成分的CYCBD最优滤波信号;最后,提出一种新的1.5维导数谱进行特征增强,提高信噪比,并分析谱图中突出的故障特征频率进而判别故障类型。通过仿真信号与故障实验平台数据对算法进行验证,结果表明该方法能够实现齿轮箱复合故障的准确分离与诊断。

基于盲源分离的齿轮箱复合故障诊断研究

针对传统盲源分离(BSS)技术在处理非线性变化的复合故障信号时的不足,将核独立分量分析(KICA)技术应用于齿轮箱的状态检测与故障诊断。介绍了KICA的基本原理,进行了仿真说明。最后应用该方法并结合包络阶次谱分析对设置了2种故障的齿轮箱进行故障诊断,最终找到了故障特征,成功判别出了这2种故障,并验证了该方法的有效性。

提高双树复小波的齿轮箱复合故障特征提取

针对双树复小波变换分解层数需要先验确定和重构后各子带出现的频率混叠现象,提出了一种改进双树复小波变换的齿轮箱复合故障特征提取方法。首先,确定双树复小波变换的分解层数和有效的子带;对得到的各子带进行去频率混叠,确保消除频率混叠现象,使每个子带仅含有唯一的特征频率;然后,用所提方法和现有VMD(Variational Mode Decomposition)进行对比,验证了所提方法的可行性;最后将所提方法应用于齿轮箱复合故障振动信号中,成功提取出齿轮剥落和轴承外圈故障。所提方法为齿轮箱复合故障特征提取提供了一种新的思路。

改进1DCNN与相似性度量增强的齿轮箱故障识别

齿轮箱发生故障时,因振源耦合等因素,各类单一故障和复合故障间具有一定共性特征,造成传统的基于卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)的智能诊断方法准确率下降和诊断性能鲁棒性差。针对上述问题,提出一种新的基于一维卷积神经网络(one-dimensional CNN,简称1DCNN)的齿轮箱故障智能识别方法。该网络引入LeakyRelu激活函数替代原网络结构卷积层中的激活函数,防止训练时的神经元失效;利用LookAhead优化器,避免反向参数优化时训练结果收敛于局部极值;提出相似性损失度量函数,最小化同类样本序列间距的同时最大化不同类样本序列间距,以强化网络结构的标签识别能力和分类稳定性。将上述网络命名为sLL-1DCNN,利用齿轮箱故障模拟试验台信号对网络进行训练并识别各类故障,结果表明,该网络在训练集样本序列数量较少时具有更好的特征提取和泛化能力,且在训练集样本序列数量增加时,具备优于其他3种CNN的分类能力和分类稳定性。

一种基于子空间法的机械故障欠定盲分离新算法

针对以往稀疏盲信号分离算法中恢复源信号时所采用的线性规划或最短路径法计算相对复杂,提出了一种基于子空间法的机械故障欠定盲源信号恢复方法。该算法假设源信号由两个正交向量构成:其中一个向量位于混叠矩阵A的行空间中,另一个位于A的零空间中,位于行空间中的向量可以通过A的Moore-Penrose伪逆得到,位于零空间中的向量通过贝叶斯估计得到。新算法容易实现,分离速度快,能够很好地满足盲分离对速度的要求。将其用于实测齿轮故障信号的盲分离,研究表明该方法能够分离齿轮系统的典型故障,取得了较好效果。

一种基于SST-MOM的改进形态成分分析算法及其应用

形态成分分析(MCA)是最新提出的一种基于稀疏表示的信号和图像分解(分离)方法,其扩展算法GMCA(Generalized MCA)可用于超定和欠定情形的盲源分离。为了降低GMCA算法中重构信号的均方差,提高分离信号的精度,将半软阈值函数和MOM阈值更新机制相结合,提出了SST-MOM(Semi-soft Thresholding MOM)阈值更新策略,仿真结果表明,新算法较原GMCA算法提高了分离信号的信噪比,将其应用于齿轮箱复合故障诊断中,有效地识别出了两路观测信号中的3种故障,表明了该算法的有效性。

用于齿轮箱复合故障诊断的三阶段混合式特征选择方法研究

相比于单部件复合故障,多部件复合故障中故障信息分散在多个域中和特征间相互耦合影响等情况更为严重,导致构造的特征集中往往存在着大量冗余或无关的特征。针对此问题,提出一种三阶段混合式特征选择方法,用于从特征集中筛选敏感特征,提升故障分类准确率。首先,使用4种过滤式模型对故障特征进行评价,然后基于分类错误率对评价结果加权排序,最后结合3种启发式搜索方法按照加权排序结果筛选最优子集。通过一组包含11种故障类别的齿轮–轴承复合故障数据集进行试验,试验结果表明该方法可以在降低特征集维数的同时显著提升分类准确率。

变转速齿轮箱复合故障的自适应时变滤波分析

复合故障诊断是机械故障诊断领域的一大难点。齿轮箱出现复合故障时,受传递路径、测点布置等影响,所拾取的复合故障振动信号中,各故障成分会呈现强弱不平衡,特别在变转速条件下,故障特征具有时变特性。因此,针对变转速下的齿轮箱复合故障诊断,提出了一种基于频域滤波的自适应时变滤波方法。该方法在频域构建自适应时变滤波器,采用自适应时变滤波器将包含齿轮故障特征的时变滤波信号从齿轮箱复合故障信号中分离出来,并进行包络阶次谱分析,以提取齿轮故障特征;同时,对残余信号(齿轮箱复合故障信号与时变滤波信号的差值)进行包络阶次谱分析,以提取轴承故障特征。算法仿真和应用实例表明,自适应时变滤波方法可有效分离变转速下齿轮和滚动轴承的故障特征。

基于混合蛙跳算法优化神经网络的齿轮箱故障诊断研究

为提高齿轮箱故障诊断的准确性,探寻诊断复合故障的方法,利用混合蛙跳算法优化BP神经网络的参数,构建SFLA-BP算法模型,在一定程度上弥补BP神经网络算法的缺陷。对比发现,该诊断方法具有较高的稳定性和较强的诊断能力,表现出很好的适用性,特别是在诊断复合故障方面具有一定潜力。

基于小波-包络解调的齿轮箱复合故障研究

齿轮箱恶劣的工作环境和复杂的内部结构容易发生复合故障,及时诊断齿轮箱复合故障,不仅提升工作效率和安全性,且可以节约维修成本.利用小波理论在时频域的局部分析能力,提出基于小波变换的复合故障频带划分准则,并利用改进包络解调实现复合故障特征提取.利用QPZZ-Ⅱ型试验台在900 r/min转速条件下模拟两种复合故障实验,实验结果证明:基于小波变换的复合频带划分能够从复合故障中各源故障频带切分,改进后的包络解调能更加清晰地表征出故障特征处谱峰.

基于AVMD和WDK的风电齿轮箱轴承复合故障诊断方法研究

针对强背景噪声下轴承微弱复合故障特征提取困难的问题,提出一种基于自适应变分模态分解(AVMD)和优化的Wasserstein距离指标(WDK)的风电齿轮箱轴承复合故障诊断方法。首先,引入自适应学习粒子群优化算法(ALPSO),以平均包络熵作为ALPSO的适应度函数来搜索变分模态分解的最佳影响参数,从而构造AVMD;其次,结合Wasserstein距离(WD)和峭度优点,提出WDK指标筛选有效模态分量,并对筛选的有效模态分量进行重构;然后,通过对重构信号进行包络谱分析实现轴承复合故障的诊断;最后,将所提AVMD-WDK方法应用于某风场2 MW风电齿轮箱轴承振动信号的故障诊断。结果表明,该方法能有效提取轴承的微弱故障特征,实现轴承复合故障的精确诊断。

基于NIC-DWT-WOASVM的齿轮箱混合故障诊断

由于齿轮箱中振动信号的复杂性和非平稳性,致使齿轮箱混合故障诊断工作具有一定难度。针对这一问题提出基于NIC-DWT-WOASVM的齿轮箱混合故障诊断方法。首先通过窄带干扰消除(Narrow Band Interference Canceller,NIC)滤除原始信号中齿轮啮合和转轴等窄带干扰信号,接着对信号进行离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT),重构小波系数得到小波分量,提取分量的方差作为特征参数构成特征矩阵样本。针对传统优化支持向量机收敛速度慢及容易局部最优等问题,提出鲸鱼算法优化的支持向量机(Whale Optimization Algorithm Support Vector Machine,WOASVM),运用训练样本对WOASVM进行训练得到优化分类模型,将测试样本输入到优化模型中得到诊断结果。为验证方法的有效性,开展了变工况下齿轮箱混合故障实验,通过实验分析及与其他方法的比较,证明方法对于齿轮箱混合故障诊断是有效的。

基于信息图与MK-MOMEDA的齿轮箱复合故障诊断

针对齿轮箱复合故障振动信号传递路径复杂多变,早期微弱故障信号易受到背景噪声的严重干扰,使得传统方法对复合故障冲击特征难以准确分离的问题,提出一种信息图和多点峭度最优最小熵解卷积修正(MK-MOMEDA)的复合故障诊断方法。首先,利用平均谱负熵所得的信息图选择最佳的带宽和中心频率对复合故障信号进行带通滤波,降低噪声成分的影响;然后,计算滤波信号的多点峭度谱,识别谱图中包含的故障冲击周期成分,并设定适当的故障周期区间,进行MOMEDA运算,提取不同的故障特征;最后,通过1.5维能量谱进行特征增强,分析谱图中突出的故障特征频率,从而判别故障类型。实验平台模拟齿轮箱两种故障的复合情况,结果表明该方法能实现复合故障的准确分离。

基于变分模态分解和相关峭度的齿轮箱混合故障诊断

针对齿轮箱混合故障信号非线性、非平稳、噪声成分多以及多故障信号相互干扰的特点,提出了基于变分模态分解和相关峭度的齿轮箱混合故障诊断方法。利用变分模态分解能够有效地将信号分解为若干个具有紧致性模态分量的特点,对混合故障信号进行分解处理,将包含不同故障的模态分量分离出来;然后,根据相关峭度能够识别不同周期的冲击性信号的特点,利用最大相关峭度原则提取出包含不同故障的模态分量;最后,对这些模态分量进行包络分析,实现混合故障诊断的目的。通过实验信号的分析验证,证明了所提方法应用在混合故障诊断中的有效性。另外,分析了模态分量个数变化对方法结果的影响,为后续研究提供了经验性的结论。

基于EEMD和单通道盲源分离的齿轮箱复合故障诊断研究

针对齿轮箱复合故障诊断中,多级传动相互干扰,微弱的轴承故障会被强烈的齿轮故障和噪声湮没而难以提取的问题,提出了基于EEMD和单通道盲源分离的齿轮箱复合故障诊断方法。首先利用单个加速度传感器采集齿轮箱振动信号,对采集的信号进行EEMD分解,根据峭度准则和相关系数重构IMF分量;然后应用盲源分离方法对重构的IMF分量进行求解,对分离的信号进行包络解调分析,确定出齿轮故障通道,轴承故障通道和噪声通道;最后对齿轮故障通道进行傅里叶变换,轴承故障通道进行基于谱峭度的共振解调分析,提取出信号的特征频率,完成齿轮箱的复合故障诊断。通过实验验证了该方法的有效性和可行性。