基于小波-包络的重载货运列车滚动轴承振动故障诊断

摘要

滚动轴承作为重载货运列车的重要部件,其工作状态直接影响到货车列车的提速和安全运行。滚动轴承发生故障时,一般为磨损故障和损伤类故障。磨损故障是由于轴承磨损造成零件间隙逐渐变大,振动加强。这是一类渐变性的故障,振动波形变化缺乏规律,具有较强的随机性,但通频带的振动幅值变化量往往能清晰地反映磨损的严重程度。损伤类故障是指当轴承元件滚过表面损伤点时,就会产生一个突变的冲击脉冲力,引起轴承和机械设备的共振,这是损伤类故障的基本特征。磨损类故障一般是一个比较长的发展过程,可以采取定期的轴承振动总量监测,进行趋势分析作状态预报。而损伤类故障是一种具有较强突发性而又比较危险,早期故障症状又比较难识别的一类故障,并且是进行故障诊断时重点研究方向。事实上,滚动轴承产生故障时,由于轴承元件受到刚度非线性、接触摩擦、零件间隙和外载荷等的影响,其振动信号往往会表现为非平稳特征,因此,如何从非平稳振动信号中提取滚动轴承故障特征信息,是滚动轴承的故障诊断中的重中之重。
　　 针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特性,结合小波变换、Hilbert变换、包络谱细化分析的优点,提出先将压电式加速度传感器采集的轴承振动信号进行db10小波滤波重构,对滤波重构信号进行Hilbert变换得到包络信号,最后对包络谱细化得到振动幅值谱图,根据细化后的幅值谱图判别轴承故障的小波一包络分析方法,并通过仿真和实验分析滚动轴承的故障,验证理论分析的正确性。所提出的基于小波-包络分析的重载货运列车滚动轴承振动故障诊断方法同传统的时频分析、小波变换、共振解调方法相比有所突破,诊断的速度和准确度都有所提高,对国内重载货运列车滚动轴承故障诊断的发展有一定的意义。
　　 经过在滚动轴承振动实验台采集的实验轴承的振动信号数据的分析和处理,能从具有强干扰和噪声的轴承振动加速度信号中提取故障特征,实现了滚动轴承故障诊断。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文选题的背景、目的及意义

1.2 滚动轴承故障诊断的研究现状及发展方向

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 滚动轴承故障诊断的发展方向

1.2.4 传统特征参数提取方法的缺陷

1.3 本文的主要工作

第二章 滚动轴承故障诊断基础

2.1 滚动轴承的振动机理

2.2 滚动轴承特征频率、固有频率及频谱结构

2.2.1 特征频率

2.2.2 固有频率

2.2.3 频谱结构

2.3 滚动轴承振动信号的监测

2.3.1 选择测量的位置、方向及测量参数

2.3.2 确定测量周期

2.3.3 确定测量标准

2.4 滚动轴承振动信号的常规故障特征提取方法

2.4.1 概率密度分布

2.4.2 时域参数分析

2.4.3 频域参数分析

2.4.4 频域分析

2.4.5 时频分析

2.5 本章小结

第三章 小波变换理论及其在信号处理中的应用

3.1 引言

3.2 基本理论

3.2.1 小波分析

3.2.2 小波包分析

3.2.3 常用小波函数

3.2.4 多分辨率分析及Mallat算法

3.2.5 信号重构中的应用

3.3 小波包降噪处理及信号特征提取

3.3.1 信号的阈值降噪

3.3.2 信号的小波包能量特征提取

3.3.3 小波降噪的仿真研究

3.4 本章小结

第四章 包络分析技术在滚动轴承故障诊断中的应用

4.1 包络分析技术

4.2 Hilbert变换的定义及解调原理

4.2.1 Hilbert变换的定义

4.2.2 希尔伯特解调原理

4.3 细化包络谱基本原理

4.4 仿真信号的处理

4.5 本章小结

第五章 滚动轴承振动实验与仿真

5.1 实验方案

5.1.1 滚动轴承实验台

5.1.2 测试轴承

5.1.3 数据采集系统

5.1.4 操作流程

5.2 实验仿真分析

5.2.1 正常轴承

5.2.2 外圈点蚀轴承

5.2.3 内圈点蚀轴承

5.2.4 滚动体点蚀轴承

5.2.5 磨损轴承

5.3 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 下一步的工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研完成情况