[发明专利]一种基于DTCWT及阶次谱的齿轮箱故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱故障诊断方法，特别是关于一种基于DTCWT及阶次谱

的齿轮箱故障诊断方法。

背景技术

升速齿轮箱是目前双馈式大型风力发电机的关键传动部件，其长期在复杂的

变载荷条件下运转，具有较高的故障率。如果不能及时发现齿轮箱早期的故障征兆，并及时开展维修或维护工作，容易导致最终的重大故障，从而影响生产，甚至导致重大事故的发生。振动信号分析是当前开展齿轮箱早期故障诊断的有效方法。由于齿轮箱工作环境恶劣，受风力风向不断变化的影响，输入转速以及输入载荷不断变化，由齿轮箱上采集的振动信号具有非线性非平稳性，并且早期故障信号常淹没于强背景噪声中，对齿轮的早期故障诊断造成很大困难，如何从带有大量噪声的振动信号中准确提取齿轮的故障特征频率，是齿轮故障诊断的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于DTCWT及阶次谱的齿轮箱故障诊断方法，该方法能有效确定齿轮箱故障部位及相关齿轮故障特征。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于DTCWT及阶次谱的齿轮箱故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：1)在齿轮箱故障信号敏感部位安装振动加速度传感器用于采集振动信号，在齿轮箱输入轴或输出轴上设置有非接触式测速传感器，用于采集齿轮箱转轴的旋转脉冲信号；并采用已有同步数据采集设备对传感器输出的振动信号和转速脉冲信号进行同步采集，获得振动信号数据序列及转速脉冲数据序列；2)采用DTCWT软阈值消噪方法对采集的振动信号进行消噪处理，去除高频噪声获得消噪信号；3)根据采集的旋转脉冲信号采用时间法计算转轴的转频f_r，即根据脉冲信号中两个脉冲的上升沿或者下降沿所对应的时间计算转轴的旋转频率，对转速信号中的多个脉冲计算获得转频求平均值得到转轴的转频f_r；4)以转频f_r为基础，根据齿轮箱变速比及齿轮齿数计算各齿轮转频及其啮合频率，生成与脉冲信号同步采集获得的振动信号具有相同采样频率及长度，幅值为1正弦数据序列；5)计算生成的正弦数据序列与消噪信号的相关系数，根据相关度初步确定故障部位；6)采用CCOT法对消噪信号计算等角度阶次数据；7)对获得的阶次振动数据计算功率谱，获得阶次功率谱，通过阶次功率谱特征完成齿轮箱的故障诊断。

进一步，所述步骤2)中，采用DTCWT软阈值消噪方法对信号进行消噪处理，是通过选择相应的阈值对分解后的各层系数数据进行阈值处理，然后进行信号的重构获得去噪信号。

进一步，所述阈值处理采用软阈值处理方法：

式中，x表示要进行阈值处理的信号数据；T表示阈值；在阈值大小的选择上，采用启发式阈值原则进行选择，该阈值选择规则通过对无偏似然估计和固定阈值估计原则进行折中来选择去噪阈值，如果信号的信噪比小于预先设定值，则采用固定阈值进行消噪处理。

进一步，所述步骤5)中，相关系数计算公式为：

式中，Cov(X,Y)为X，Y的协方差，D(X)、D(Y)分别为X、Y的方差，X表示要计算相关度的两个数据序列的第一个序列、Y表示要计算相关度的两个数据序列的第二个序列。

进一步，分别计算获得所有齿轮对应的转频及啮合频率与消噪信号的相关系数，取相关系数最大的两个值，确定故障部位。

进一步，所述步骤6)中，等角度阶次数据具体计算过程如下：6.1)对齿轮箱某一部位的振动信号和旋转脉冲信号同步采样，两个脉冲信号上升沿的时间间隔为转轴旋转一周的时间；6.2)根据旋转部件的振动频率与参考转轴旋转频率的比例关系确定需要分析的阶次，记为Om；根据奈奎斯特定律，信号的采样频率至少为分析频率的2倍，因此确定每个旋转周期内重采样数据点数为2Om；6.3)根据确定的重采样数据点数计算获得等角度采样所对应的角度值，然后计算各角度所对应的时间，由等时采样获得振动信号数值通过插值计算获得各角度所对应的振动信号，该振动信号即为对应的等角度阶次数据。