[发明专利]一种精确诊断曲轴阻尼变化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及故障诊断工程领域，具体为一种精确诊断曲轴阻尼比变化的方法。

背景技术

曲轴模态参数的变化可视为裂纹产生的标志，于是基于振动的裂纹诊断方法应用最为广泛。由于阻尼和振型测量的误差较大，工程实践中倾向于基于频率测量的裂纹诊断，但是对金属结构小裂纹情形，固有频率和振型对小裂纹不敏感，阻尼对裂纹的敏感性较强，准确识别的阻尼，可以将阻尼的变化准确表达，在曲轴裂纹故障诊断中发挥重要作用。因此，提高阻尼的诊断精度，将其作为一个重要参数应用到曲轴故障诊断中，从而在故障产生的初期就可将故障诊断出，具有重要的工程意义。

阻尼的测量方法一般分为时域方法、频域方法和时频联合方法。时域方法有自由衰减法和时域峰值法；频域方法有半功率带宽法及其改进方法以及传递函数法；时频联合方法主要有小波变换以及逆衰减窗法。自由衰减法在阻尼较大时，衰减很快，诊断精度下降。半功率带宽法是最常用的阻尼识别方法，但受限频率分辨率低的限制，以及时域截断的影响，无法有效识别小阻尼系统；半功率改进法在一定程度上提高了频率分辨率，但由于截断误差仍然存在，对小阻尼的诊断影响较大。以上方法诊断出的曲轴阻尼值都不准确，导致工程实践中一般采用基于频率测量的故障诊断方法，使得阻尼对曲轴故障的敏感性无法体现，不能作为一个重要参数被应用到曲轴故障诊断中。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以提高曲轴阻尼的诊断精度，准确识别出曲轴阻尼的变化，使阻尼能够作为一个重要的参数应用到曲轴故障诊断中的内积模极值循环消减精确诊断曲轴阻尼方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种精确诊断曲轴阻尼比变化的方法，其特征在于步骤包括：

1）选取发动机曲轴，用螺栓和橡皮绳将曲轴两端水平悬空吊起；用力锤敲击曲轴，激发曲轴振动，通过曲轴臂上的加速度传感器测量振动信号，通过电荷放大器将激励和响应信号进行放大，之后执行步骤2）；

2）使用数据采集仪采集曲轴振动信号其中N为振动信号的模态阶数，之后执行步骤3）；

3）对曲轴信号x(t)进行FFT和逐级频谱细化，识别最显著模态，识别出最显著模态信号的共振频率ω≈ω_d，之后执行步骤4）；

4）利用ω构造指数函数h(t)＝e^-mte^jωt，其中，m在n的值域Ω_n取值，Ω_n=ω_d·n，n∈[0.0005,0.05]，并将函数h(t)进行归一化处理，之后执行步骤5）；

5）将m在值域Ω_n内以0.0005为步长进行取值，让曲轴信号x(t)与归一化的指数函数h(t)作内积运算，即X＝〈x(t),h(t)〉，根据柯西-施瓦兹不等式定理，当内积模取最大值时，搜索到对应的衰减系数m₁，获得衰减系数的局部邻域[m₁-Δm,m₁+Δm]，Δm=0.01，之后执行步骤6）；

6）在衰减系数的局部邻域内，通过拟牛顿法进行细化，再次搜索内积模的最大值，得到对应衰减系数的估计值m≈n，之后执行步骤7）；

7）诊断出ω和m后，构造归一化的指数函数，与曲轴信号x(t)做内积运算，得到信号的幅值和相位角进而得到估计信号之后执行步骤8）；

8）从曲轴信号x(t)中减去x₁(t)，返回步骤4），对剩余信号x(t)-x₁(t)运用内积模极值运算，计算估计信号直到执行N-1次步骤4）到步骤8），后执行步骤9）；

9）逐步减去诊断出的估计信号，初步分离出N阶估计信号，即x(t)={x₁(t)，x₂(t)，…，x_N(t)}，之后执行步骤10）；

10）从曲轴信号x(t)中减去诊断出的x₂(t)，…，x_N(t)，得到x(t)-x₂(t)-…-x_N(t)＝x₁(t)+x₂(t)-x₂(t)+…+x_N(t)-x_N(t)，对剩余信号进行内积模极值运算，之后执行步骤11）；