复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取

为消除复杂传递路径对轴承滚动体振动信号的影响并提高故障特征提取的能力，研究了基于变分模态分解(VMD)、优化最大相关峭度解卷积(MCKD)和1.5维谱的轴承滚动体故障特征提取问题；分析了轴承滚动体原始振动信号特点、早期故障信号的特性以及复杂传递路径对振动信号的影响，运用VMD将原始振动信号分解为一系列本征模态函数(IMFs),提出了转频分量剔除方法，通过峭度准则优选2个峭度较大的IMFs分量进行重构；基于网格搜索法研究了MCKD算法参数优化方法，用以增强重构信号的周期性故障特征，消除复杂传递路径对轴承滚动体故障信号的影响；利用1.5维谱分析重构信号，建立了复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取新方法，实现了轴承滚动体故障的准确诊断；为了证明方法的有效性，选取美国凯斯西储大学轴承SKF6205基座滚动体数据进行试验验证与分析。试验结果表明：网格搜索法获得了MCKD算法的最优滤波长度与冲击周期参数(365、85),优化MCKD算法增强了重构信号的故障特征，减少了无关频率分量，明显降低了其他成分的干扰；提出的故障特征提取方法在0、735和1 470 W负载条件下均提取到了轴承滚动体的故障特征频...     

基于形态学分形维数的输电线路故障选相方法

输电线路故障信号是一种典型的非线性信号,分形几何理论为描述非线性故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。针对传统分形维数的局限性,本文提出了一种基于局域均值分解（local mean decomposition,LMD）-形态学的分形维数-Elman神经网络的输电线路故障选相新方法。该方法通过对故障电流进行相模转换后,对单一线模分量进行LMD分解得到若干乘积函数（product function,PF）分量,然后选取前4个PF分量进行数学形态学的分形维数估计,最后形成特征向量作为Elman神经网络的输入参数。仿真试验表明：提出的故障分类识别方法能快速、准确地识别各类故障,并且不易受故障初始角、故障位置和过渡电阻的影响,与传统的BP神经网络相比,Elman神经网络具有更好的效果,为准确判断输电线路故障选相提供了一种快速有效的新方法。     

基于互相关奇异值分解的滚动轴承故障诊断

滚动轴承在机械装置中非常重要,其运行状态与整台机械设备的工作状态有直接的关系,但在早期弱故障检测时,特征信号经常被淹没在噪声中。为了提高该故障特征的识别精度,提出了基于互相关奇异值分解的故障诊断方法。首先利用奇异值分解将轴承故障信号分解为多个分量信号;其次使用峭度值作为衡量标准,选择两个合适的奇异值分量用于互相关包络分析以获得包络谱;最后通过信号的频谱分析,得到轴承的故障频率,从而完成早期微弱故障检测。通过仿真信号和滚动轴承内圈故障实测数据仿真对比,验证了该方法的有效性。     

基于ICEEMDAN的连续梁桥车致振动信号的HHT分析

改进的带有自适应噪声的完备集合经验模式分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN）是传统经验模式分解（empirical mode decomposition,EMD）方法的发展,在桥梁结构损伤识别领域具有较好的应用前景. 首先,以数值模拟信号为对象,采用ICEEMDAN方法进行桥梁车致动信号的数据分解和Hilbert谱分析,提取损伤引起的频谱特征变化和建立损伤识别方法;然后,利用该方法对实测振动信号的振型分量进行识别;最后,以实测信号的一阶振型分量为对象,对其Hilbert瞬时频率谱的特征进行了分析和讨论. 研究结果表明:模拟信号中的振型振动分量数比实测信号中多,其中模拟信号中不显著的高阶竖弯振动分量在实测信号中没有发现; 一阶振型振动分量的瞬时频率可作为桥梁损伤识别的特征参数,用于进行损伤有无、损伤定位甚至损伤定量的判断; 损伤识别效果受测点位置影响很小; 该方法不依赖有限元模型即可完成桥梁损伤有无的识别和损伤定位,且数据采集简单,具有实际工程中应用可行性.      

一种基于EMD的共振解调改进方法

针对传统共振解调方法中共振频带需要人为确定和故障轴承振动信号信噪比低的缺陷,提出了一种基于EMD算法的共振解调改进方法。该方法首先对轴承振动信号进行EMD分解,然后自适应地筛选出高频固有振动频率附近的基本模式分量（IMF）,并对单分量进行滤波处理,最后重构选取滤波后的基本模式分量,并对重构信号进行包络解调分析,得到故障特征频率和故障类型。滚动轴承故障诊断表明,改进方法不仅能够自适应地确定共振频带,而且可以有效地提取故障特征,识别故障类型。     

基于ANFIS的特高压输电线路故障分类识别方法

提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的特高压输电线路故障分类识别方法,以分类识别10种常见的输电线路故障.该方法以故障后1个工频周期内故障电流分量的标准差和四分位距作为故障分类识别的特征量.分析了噪声和谐波对这2个特征量的影响;建立了基于ANFIS的故障分类识别模型.大量仿真试验表明:提出的故障分类识别方法能快速、准确地识别各类故障,并且不易受故障初始角、故障位置和过渡电阻的影响,对噪声、谐波、电流互感器传变特性及采样频率有良好的适应性,分类识别正确率能达到99.5%.     

多分量LFM雷达辐射源信号的经验模式分解

基于改进的经验模式分解,提出了多分量LFM雷达辐射源信号的分析方法．该方法用RBF神经网络对端点延拓削弱边界效应,将自相关函数与相关系数结合估计分量的数量,通过模式分解滤波和平均滑动消除噪声影响,以提高算法的分解精度．理论分析和实验表明,在较宽的信噪比范围内,使用该方法能够正确提取各分量信号的瞬时频率和有效地估计多分量LFM辐射源信号的分量数量．     

参数优化VMD对变压器声音信号的故障诊断

变压器内部局放声音信号包含了设备故障特征信息,但是局放声音信号的非线性、非平稳性使得故障特征难以提取,因此现有基于声音信号识别变压器内部故障识别率低.为此,提出模拟退火优化变分模态分解—样本熵的特征提取方法,并与支持向量机结合进行变压器内部局放故障诊断.首先,基于模拟退火算法实现变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)的参数寻优;然后,采用最优参数设定VMD并对故障声音信号进行分解,得到包含故障特征的本征模态函数,进而求取各本征模态函数的样本熵作为对应样本的特征向量;最后,利用支持向量机实现特征向量的识别与分类.模拟实验结果表明,所提出的方法可以有效提取局放故障声音信号的特征,具有较好的故障识别率.     

基于FM-EEMD信号分解的站线变关系识别

针对目前配电网站线变的隶属关系动态变化的频次高、梳理复杂等问题,研究设计一种基于FM-EEMD信号分解的线变关系识别的方法。该方法利用载波信号在低压侧负载处及其他分支分流比小、本支路变压器中压侧分流比大的特点,通过在0.4kV侧注入一定频率的载波信号,检测中压侧载波信号的相关特性以识别线变关系。通过FM-EEMD方法对中压侧的信号进行经验模态分解,分解得到中压侧载波特定频率的载波信号,通过对该载波信号的分析完成站线变关系的识别。仿真表明该方法可以有效的提取载波信号。     

变微分模态分解罚参量选择方法与时变系统识别

针对变微分模态分解（variational mode decomposition，VMD）罚参量会对分解结果产生影响的问题，提出一种基于数据驱动的VMD罚参量选择方法.该方法首先通过傅里叶变换的主频峰值确定罚参量；然后调整层数参量，获得有限个固有模式分量，通过对比不同层数参量时所得固有模式分量的固有频率与阻尼比变化，剔除伪分量；最后对真实固有模式分量进行希尔伯特变换，用于识别时变系统的瞬时频率. 为证明所提方法对时变系统识别的有效性和准确性，分别对具有时变刚度的结构系统和柴油发动机的时变做功过程进行研究，将所提方法结果与经验模态分解方法结果进行比较. 比较结果表明，当罚参数取值是信号最大幅值的1.5～16.0倍时VMD分解结果最优，所提方法可以更准确地识别瞬时频率，在工程应用中的能够更有效地对系统瞬时频率进行识别.      

高速列车齿轮箱疲劳可靠性及故障诊断研究现状

随着高速列车速度不断提高牵引齿轮箱服役环境越发复杂,齿轮箱服役性能也面临更大的考验。基于齿轮箱内、外及耦合激励对其振动响应的影响,国内外学者对高速列车齿轮箱的振动特性和故障诊断做了大量的研究;针对已有的研究成果,主要从齿轮箱强度、可靠性及寿命、箱体故障诊断及监测方面归纳总结,详细阐述了高速列车齿轮箱振动特性分析及故障诊断所采用的方法和研究现状,并且对未来重点研究方向提出建议和展望。     

基于变分模态分解和奇异值分解的结构模态参数识别方法

为了准确获得结构的固有频率、阻尼比与振型, 将变分模态分解与奇异值分解相结合, 提出一种新的结构模态参数识别方法; 基于已有时频参数识别方法, 根据测量的脉冲激励与加速度响应估计系统的频响函数, 对系统的频响函数进行反傅里叶变换得到脉冲响应函数; 对各测点的脉冲响应函数进行变分模态分解, 得到与结构固有频率对应的本征模态分量; 提取本征模态分量的固有频率, 利用与固有频率相近的本征模态分量作为行向量构造奇异值分解矩阵, 对所构矩阵做奇异值分解, 利用最大奇异值重构左、右奇异值向量, 识别结构的振型、固有频率和阻尼比; 通过四自由度质量-弹簧-阻尼模态仿真试验和车体横梁锤击模态试验, 验证了所提出的模态参数识别方法的有效性。研究结果表明: 在四自由度理论模型参数识别中, 系统固有频率和阻尼比的识别结果与理论计算结果的最大相对误差分别不超过0.025%和1.490%, 理论计算与识别的1~4阶振型的模态置信度分别为0.999、1.000、0.999和0.999;在车体横梁锤击模态试验中, 提出方法识别的固有频率和阻尼比与理论计算结果的最大相对误差分别不超过1.57%和1.47%, 且车体横梁的理论振型与识别振型趋势相同。可见, 提出的方法能有效识别结构的模态参数。      

航空发动机转子碰摩故障瞬时频率诊断方法

分析了航空发动机转子碰摩故障振动信号的基本特征,提出了故障信号瞬时频率诊断方法。运用解析小波将故障信号变换到小波域,利用小波系数的振幅和相位信息综合确定瞬时频率,根据瞬时频率的特征诊断故障,并对比了故障信号瞬时频率诊断方法与窗口Fourier变换方法故障诊断结果。数值分析结果表明:利用瞬时频率诊断方法提取碰摩信号的瞬时频率比利用窗口Fourier变换得到的结果更精细,并可获得用短时Fourier变换无法得到的一些瞬时频率曲线。     

车辆传动系统变参小波流形融合故障诊断方法

应用流形学习方法非线性融合信号在不同小波参数下中央尺度对应的小波包络,研究了强背景噪声下车辆传动系统振动信号故障瞬态脉冲包络的有效提取问题,并与传统信号时频分解方法进行了对比研究;采用不同小波参数对振动信号进行连续小波变换,提取了每组参数下中央尺度上的小波包络;采用基尼指数选择若干包含故障瞬态脉冲信息的小波包络,构造了高维小波包络矩阵;采用局部切空间排列算法对高维小波包络进行流形融合,获得了反映故障瞬态脉冲包络本质结构的小波包络流形;为了验证所提方法的有效性和优越性,采用不同方法对轨道车辆轮对轴承和汽车变速齿轮箱的故障振动信号进行了对比分析。研究结果表明:在分析轴承外圈故障信号时,所提方法基尼指数比传统信号时频分解方法提高27.32%以上;在分析齿轮磨损故障信号时,所提方法基尼指数比传统信号时频分解方法提高26.74%以上。可见,所提方法通过综合具有不同形态的变参小波包络,可以在无需优化小波参数情况下,对车辆传动系统中的不同关键部件故障振动信号具有较好的自适应性,提取的故障脉冲包络中的带内噪声少,故障脉冲特性明显,容易识别其频谱中的故障特征频率,是检测车辆传动系统故障的一种有效方法。      

基于奇异值分解技术的轮边减速器故障信号降噪研究

利用改进的奇异值分解技术,用仿真信号验证了该技术对轮边减速器齿轮故障特征提取的有效性,并从模拟信号中提取出了故障特征频率。研究发现,噪声的奇异值分布趋于直线,凸显出了有用信号的奇异值,有利于特征信号提取。仿真结果表明,该方法能在强噪声背景下提取行星系统齿轮故障特征,为轮边减速器故障诊断提供了一个新的思路。     

基于EEMD-Hilbert和FWA-SVM的滚动轴承故障诊断方法

为有效提取非平稳特性的滚动轴承振动信号特征,提高故障诊断效率,提出一种采用集合经验模态分解（empiricalmode?decomposition,EEMD）、Hilbert变换的特征提取方法,并利用烟花算法优化支持向量机（support vector machine,SVM）分类参数的滚动轴承故障诊断方法. 通过EEMD方法将目标信号分解成若干个模态函数,采取Hilbert变换获取模态函数的瞬时频率,并对模态函数及其瞬时频率进行统计特征提取,从而实现特征的有效降维. 结果表明:信号经过EEMD-Hilbert处理后特征能有效提取,将训练集和测试集各600组数据代入烟花算法优化SVM模型得到测试集正确率为99.63%;比传统的遗传算法和粒子群算法优化模型分别提高0.4%和0.2%左右;同时收敛时间更短,验证了该算法模型的可行性与有效性.      

基于TQWT和稀疏表示的滚动轴承故障诊断方法

基于稀疏表示理论,提出了一种采用可调品质因子小波变换(TQWT)的滚动轴承故障诊断新方法,分析了包含早期故障成分的原始采集振动信号的特点和早期故障信号的特性,研究了稀疏表示模型在解决故障特征提取问题和故障类型识别问题的应用;运用TQWT将原始信号转换为一组子带小波系数集,研究了利用迭代收缩阈值算法提取出稀疏小波系数的有效性和谱峭度对故障冲击信号敏感的特性,通过计算各子带信号分量的谱峭度,选取包含故障信息明显的子带小波系数,建立了包含稀疏故障信号分量的故障特征提取方法;利用提取出的故障信号稀疏表示分类模型,实现了基于稀疏表示的滚动轴承故障诊断方法。试验结果表明:在凯斯西储数据集上,提出的故障特征提取方法在剔除干扰成分方面有显著效果,提出方法对于4种类型数据的平均诊断准确率为99.83%,对于10种类型数据的平均诊断准确率为97.73%;与只运用TQWT和迭代收缩阈值算法进行故障特征提取的方法相比,故障诊断精度提高了11.60%,算法运行时间减小8%;在QPZZ-Ⅱ旋转机械平台采集到的振动数据集上,提出的方法对于4种类型数据的平均诊断准确率为100%;与传统小波去噪方法相比,准确率提高了35.67%,算法运行时间减小了7.25%。可见,本文提出的方法可以有效解决滚动轴承故障诊断问题。      

Study on dynamic characteristics of vehicle gearbox under multi-boundary conditions

With the development of vehicle gearbox to high-power-density and high-speed, how to predict and optimize the dynamic characteristics of vehicle gearbox becomes increasingly prominent. Aiming at the vehicle gearbox, this paper comprehensively and deeply studies the dynamic characteristics under the multi-boundary conditions. The generation mechanism of the multi-source excitations triggering the gearbox vibration is analyzed firstly. The vibration transfer path of the gearbox is explored. Secondly, the engine excitation, the gear meshing excitation and the bearing support load are numerically calculated. According to the finite element method, a fluid-solid coupling finite element model of the gearbox body is established to predict the gearbox dynamic responses based on the Galerkin method and the Hamiltonian variational principle. Finally, the effects of the excitation condition, oil height and reinforcement forms on the vibration responses of the gearbox body are thoroughly studied by simulation. The analysis indicates that it not only helps to modify and improve the method of forecasting the gearbox dynamic response, and also provides the theoretical and technical guidance for the gearbox design and optimization.