[发明专利]双层滑移窗相关峭度的航空发动机试验数据故障检测方法

说明书

本发明涉及一种双层滑移窗相关峭度的航空发动机试验数据故障检测方法，包括：1)滚动轴承运行过程振动信号采集及轴承组件故障模式参数计算；2)建立振动信号基于经验小波变换的冗余层信号及频带‑冗余层相关峭度图；3)基于相关峭度指标最大化准则优选潜在故障模式的滤波频带区间及敏感层信号；4)基于双层滑移窗相关峭度操作对潜在故障特征信号进行分离与增强；5)诊断轴承潜在故障模式及局部损伤数量。本发明能够将轴承不同损伤组件产生的故障冲击信号通过双层滑移窗相关峭度进行分离，并通过噪声的有效抑制能够诊断故障组件上的局部损伤数量，能够实现滚动轴承复合故障的特征分离及准确诊断。

技术领域

本发明属于滚动轴承故障诊断技术领域，涉及一种双层滑移窗相关峭度的航空发动机试验数据故障检测方法，具体涉及一种基于双层滑移窗相关峭度算法的机电设备滚动轴承复合故障特征分离与检测方法。

背景技术

滚动轴承是重大机电设备的关键部件，其长期运行在重载、高温、交变载荷等复杂工况下，易出现裂纹、剥落、腐蚀等故障，严重的会引发重大事故，带来巨大的经济损失和人员伤亡。因此，开展机电设备滚动轴承的运行状态监测及故障诊断对设备的健康运维具有非常重要的意义。

滚动轴承在运行过程中其外圈、内圈、滚动体和保持架等组件若出现局部损伤，将在振动信号中产生冲击型故障特征成分，现有基于振动分析的故障诊断技术，多采用小波变换、谱峭度等信号处理方法对轴承振动测试信号进行滤波降噪和特征提取，在实际案例中也得到了广泛的验证。长安大学段晨东等提出基于经验小波变换的轴承故障诊断方法，能够较好地从强噪声测试信号中提取出轴承单个故障组件对应的特征频率(段晨东，张荣，童卓斌，王雪纯，张伟.采用频带3分区的经验小波变换的轴承特征频率提取方法CN109799090 B)。然而，当滚动轴承的单个组件出现多处损伤、或多个组件均出现损伤，即滚动轴承出现复合故障时，在振动信号中将产生不同故障特征的耦合，为全面准确的监测与诊断带来困难，具体体现在：1)复合故障诊断中相对微弱的故障特征往往会被相对较强的故障特征及其它振动成分淹没，难以被检测出来；2)滚动轴承复合故障所产生的冲击故障信号往往具有相同或相近的振荡频率，通过常规频带滤波技术难以实现复合故障特征的分离。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，针对现有轴承诊断技术存在相同振荡属性复合故障特征分离困难、不能准确全面地检测出微弱故障特征的问题，本发明提出一种双层滑移窗相关峭度的航空发动机试验数据故障检测方法，充分结合了相关峭度对冲击故障特征敏感及滑移窗操作具备瞬时信息分析的优势，能够实现滚动轴承复合故障特征的分离和微弱故障特征的增强与检测，具有广泛的应用前景。

技术方案

一种双层滑移窗相关峭度的航空发动机试验数据故障检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集航空发动机滚动轴承运行过程中振动信号x(n),n＝1,2,…,M，其中M为信号序列长度；计算滚动轴承各组件故障冲击间隔的采样点数T_si，T_si对应着滚动轴承的不同组件故障模式：

T_si＝round[T_i·f_s],i＝1,2,3,4

式中：round[·]为取整函数，f_s为采样频率，T_i为滚动轴承各组件故障冲击时间间隔、即为各组件故障特征频率的倒数，表示为T_i＝1/f_si，其中f_si为滚动轴承各组件的故障特征频率；

步骤2：采用经验小波变换将轴承振动测试信号x(n)的频谱划分为中心频率、相互正交的子频带；再采用经验小波逆变换重构各子频带信号，表示为其中为k子频带序号，N为子频带的个数；

再由子频带信号构造经验小波变换冗余层信号，表示为其中，k为子频带序号，j为经验小波变换冗余层序号；