[发明专利]一种针对滚动轴承故障诊断的自适应共振解调方法

说明书

技术领域

本发明属于旋转机械故障诊断领域，涉及一种振动信号在旋转机械故障诊断领域中的应用，具体涉及一种针对滚动轴承故障诊断的自适应共振解调方法。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，各种旋转机械广泛应用于各工业领域。旋转机械故障是关系到国民经济生产安全性的重要问题，其中30%的旋转机械故障与轴承有关。轴承作为旋转机械的主要部件，是否能够安全、高效的长期运行也成为整个企业正常生产的重要保障，企业对其重视程度日益增加。在对滚动轴承进行故障诊断的过程中，由于早期轻微的故障信息往往淹没在背景噪声中，很难被发现和提取出来，因此必须采用有效的信号处理技术提高信噪比，凸显故障特征，而共振解调技术则是在滚动轴承诊断中广泛使用的一种信号处理方法，它极大地提高了振动信号的信噪比，特别适用于轴承故障的早期诊断。

传统的共振解调技术的使用过程中存在如下缺点：1）必须事先通过冲击试验确定高频共振频率以确定窄带带通滤波器的中心频率。在共振解调技术中，窄带带通滤波器的选择对最后诊断结果有决定性影响，窄带带通滤波器设计不好将很容易导致诊断失败，为了确定轴承系统的高频共振频率，一般需要进行冲击试验，但是对于大多数的轴承用户来说，由于资金或者条件方面的原因无法进行冲击试验，通常通过经验来设置窄带带通滤波器的中心频率。2）窄带带通滤波器的中心频率和带宽一般固定不变。对于不同的轴承系统，其高频固有振动所处的位置不同并且故障特征频率也不同，采用固定不变的中心频率和带宽会使设计的共振解调系统在针对不同的轴承系统时发生失效。

发明内容

为了克服传统共振解调技术的不足，本发明公开了一种针对滚动轴承故障诊断的自适应共振解调方法，该方法有效的提高了共振解调技术的实用性和准确性。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明包括测试系统和数据处理程序，所述测试系统以加速度传感器为主，将传感器固定在轴承座上，所述数据处理程序是基于LabVIEW软件编写的。该共振解调方法利用测试系统和数据处理程序自适应设置窄带带通滤波器的中心频率，然后再进行包络解调。

所述自适应设置窄带带通滤波器的中心频率的步骤为：

首先利用测试系统测定滚动轴承的振动信号，然后利用数据处理程序计算振动信号在不同的窄带带通滤波器的中心频率下对应的包络谱峭度值，如果包络谱上出现明显的谱峰则其包络谱峭度值会明显增大，根据这一原理，根据最大的包络谱峭度值识别包含故障特征的共振带的窄带带通滤波器的中心频率，从而实现自适应设置共振解调中窄带带通滤波器的中心频率。

所述测试系统包括加速度传感器、信号调理模块和信号采集程序，加速度传感器固定安装在滚动轴承的轴承座上，信号调理模块将加速度传感器输出的振动信号进行10倍放大和低通滤波，信号采集程序利用LabVIEW软件编写，采集和保存信号调理模块处理后的数据。

所述数据处理程序基于LabVIEW软件编写，对振动信号在不同的窄带带通滤波器的中心频率下进行包络解调分析，分别计算对应的包络谱峭度值，然后比较振动信号的包络谱峭度值，最大的包络谱峭度值对应的频带便是包含故障信息最多的共振带。自动寻找到滚动轴承的共振带之后便可以自适应的设置共振解调技术中窄带带通滤波器的中心频率。

所述根据最大的包络谱峭度值识别包含故障特征的共振带的窄带带通滤波器的中心频率，具体实现步骤如下：

1）确定滤波器的带宽（BW）和中心频率（f₀）；

2）利用窄带带通滤波器对滚动轴承的振动信号进行时域滤波；

3）利用Hilbert解调法对滤波之后的信号进行包络解调，得到包含故障特征的低频信号；

4）对包络解调得到的低频信号进行FFT变换（快速傅里叶变换），得到低频信号的包络谱；

5）计算包络谱的峭度，得到窄带带通滤波器的中心频率为f₀时对应的包络谱峭度值；

6）窄带带通滤波器带宽不变，改变窄带带通滤波器的中心频率（f_i），重复步骤2-5，得到不同的窄带带通滤波器的中心频率对应的包络谱峭度值；

7）比较各中心频率对应的包络谱峭度值的大小，包络谱峭度值的最大值对应的中心频率即为包含故障特征的共振带的窄带带通滤波器的中心频率（轴承高频共振带的中心频率）。

所述窄带带通滤波器的中心频率采用以下方式进行改变：中心频率每次改变时平移一个步长，直到中心频率达到加速度传感器采样频率的1/2。