挖掘機振聲信號時頻分析研究與應(yīng)用.pdf

1、挖掘機是典型的工程機械產(chǎn)品，其作業(yè)時的噪聲將造成環(huán)境噪聲污染，并且對長期暴露在強噪聲環(huán)境中的操作人員聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生影響，可引起生理與心理等多方面?zhèn)ΑＲ园l(fā)動機為代表的動力元件產(chǎn)生的振動是噪聲產(chǎn)生的根本原因，通過對振動噪聲信號的采集和分析處理，可以有效地指導(dǎo)降低振動、減小噪聲。然而，工程機械中能夠引起振動噪聲過大的激勵源眾多，產(chǎn)生機理復(fù)雜，傳播路徑多變。唯有對工程機械設(shè)備的振動噪聲特性進行深入的了解，識別出引起振動噪聲過大的主要來源及其傳遞

2、規(guī)律，才能夠?qū)崿F(xiàn)有針對性的結(jié)構(gòu)改進。
　　工程實測信號多具有非平穩(wěn)、非線性特征，時頻分析技術(shù)是分析此類信號一種有效的工具。然而，傳統(tǒng)時頻分析方法往往會因時頻分辨率較差、具有交叉項等不足，從而導(dǎo)致難以實現(xiàn)精確地分析此類信號。本文研究針對其中不足，在以下方面取得了研究進展:
　　1.研究提出了一種可以實現(xiàn)理想時頻分辨率的參數(shù)化同步提取變換方法。該方法建立在短時傅里葉變換基礎(chǔ)上，提出一種同步提取算子，用于提取原始時頻譜立即頻率位置

3、的時頻系數(shù)，經(jīng)變換得到一個新的時頻譜，避免了Heisenberg-Gabor不定問題，提高了時頻分辨率。同時，分析算法中利用迭代擬合的方法構(gòu)建與信號特征一致的解調(diào)算子，解決了處理強調(diào)頻信號時經(jīng)常發(fā)生的能量發(fā)散問題，有效改善了原始時頻譜的能量聚集性。從而，解決了因時頻分辨率低、具有交叉項而造成難以精確反映信號時變特征細節(jié)等問題。
　　2.提出了一種可以實現(xiàn)非平穩(wěn)噪聲信號分析方法。在瞬時聲壓級計算模型的基礎(chǔ)上，將時變分析的思想引入傳統(tǒng)

4、A計權(quán)聲壓級譜分析，提煉出可用于處理非平穩(wěn)噪聲信號的分析計算方法，能夠?qū)β曉刺卣骷胺植歼M行有效的分析與定位，克服了傳統(tǒng)A計權(quán)聲壓級譜無法反映聲音瞬時特征的不足。
　　3.將時頻域稀疏分量分析方法用于模態(tài)分析研究，并且針對其中矩陣估計與源信號分離步驟中存在的問題進行改進，提出了一種改進的模態(tài)分析方法。研究發(fā)現(xiàn)，在時頻域中的多通道振動模態(tài)響應(yīng)信號，在散點圖中具有直線形狀的聚類特征，每條聚類直線方向分別對應(yīng)著各階模態(tài)的振型向量。利用上述

5、特征，提出通過進行單模態(tài)檢測與單源點檢測，依次對振型向量進行估計，并利用稀疏特性，分離出多階單模態(tài)信號。最后，利用單模態(tài)辨識方法，可以得到各階模態(tài)的模態(tài)頻率與阻尼比參數(shù)。
　　4.將提出的兩種時頻方法用于挖掘機振聲信號特征提取研究。通過對兩種常用工況下的振聲信號分析可知:(1)主要振動激勵源，為發(fā)動機低階激勵與液壓泵一階脈動激勵，二者具有明顯的調(diào)頻、調(diào)幅等非平穩(wěn)特征;(2)主要噪聲激勵源，為發(fā)動機二階慣性力激勵、冷卻風(fēng)扇激勵、消聲