基于時-頻分析的虛擬式旋轉機械特征分析儀系統(tǒng)的研究.pdf

1、旋轉機械在機械裝備中占有舉足輕重的地位，它們大多為生產(chǎn)企業(yè)中的關鍵設備，因此，保證旋轉機械的安全可靠運行對企業(yè)和國民經(jīng)濟有重要的意義。旋轉機械特征分析是旋轉機械故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的重要組成部分，其中的振動測試方法又是特征分析的主要手段，而特征信息提取技術的高低主要取決于相應測試儀器的分析功能。目前的測試儀器對平穩(wěn)振動信號有比較成熟和完善的測試和分析手段，但在對以升、降速過程為代表的旋轉機械非平穩(wěn)振動信號的特征提取方面還缺乏完善而有效的分

2、析功能，這也意味著現(xiàn)有測試儀器在旋轉機械非平穩(wěn)振動信號的分析上還不能很好地適應旋轉機械的高速化、精密化和自動化的發(fā)展需要。因此迫切需要對現(xiàn)有技術的進行補充和完善，并增加新的分析功能。 本文在對旋轉機械典型故障特征、傳統(tǒng)特征分析方法和非平穩(wěn)信號的時頻分析技術進行了詳細介紹的基礎上，將時頻分析技術引入旋轉機械特征分析領域；同時，對旋轉機械特征分析的主要手段——階比分析技術進行了深入研究，利用信號的瞬時頻率與旋轉機械轉速的對應關系提出

3、了實現(xiàn)階比分析的嶄新途徑，并在工程實踐中證明了這一途徑的正確性。 在課題研究中提出了基于瞬時頻率估計的旋轉機械階比跟蹤方法，該方法用時頻分析技術中的峰值搜索方法直接從原始振動信號中獲得旋轉機械多分量振動信號中與轉速相對應的瞬時頻率估計，并通過曲線擬合的方法獲得瞬時轉速曲線，最后實現(xiàn)了階比分析中的階比跟蹤采樣，成功解決了原來階比跟蹤方法中存在的需要轉速計、鑒相裝置等專門輔助硬件設備和由此產(chǎn)生的復雜安裝要求等問題，使階比分析實現(xiàn)途徑

4、得以簡化，并降低了階比分析的使用成本。 通過對階比跟蹤濾波方法進行了深入研究，針對原有硬件方法中存在的需要轉速計、跟蹤濾波器等專門硬件輔助設備和計算階比跟蹤濾波中使用分塊數(shù)字濾波會產(chǎn)生的邊沿效應問題，提出了基瞬時頻率估計和零相位數(shù)字濾波的階比跟蹤濾波方法。該方法是對現(xiàn)有方法的發(fā)展和補充。 研究并實現(xiàn)了基于時頻濾波的階比分量提取。該技術采用了時頻分析中的Gabor變換，可有效地對旋轉機械振動信號中的階比分量信號進行重構提取

5、，使對選定的階比分量進行單獨分析提供了可能。 基于以上研究成果，在實現(xiàn)了無需轉速計的旋轉機械階比分析，包括：階比譜分析、階比譜陣、跟蹤階比譜和階比分量提取等。這些分析功能的簡化實現(xiàn)為旋轉機械特征分析儀器的成功開發(fā)奠定了基礎。 開發(fā)出虛擬式旋轉機械特征分析儀。該特征分析儀具有時頻分析功能和基于研究成果的階比分析功能，可實現(xiàn)對旋轉機械非平穩(wěn)信號特征信息的有效提取和分析，彌補了傳統(tǒng)儀器在非平穩(wěn)信號分析方面的不足，顯示了虛擬儀器