[发明专利]一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法

说明书

一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，对采集的振动信号进行分析得到解调算子，将解调算子进行分析，得到信号时频图，根据信号时频图获取新的时频脊线；重复上述过程，直至前后两次得到的瞬时频率估计值的欧氏距离小于或等于预设极限，得到精细化提取的时频脊线；根据精细化提取的时频脊线，获得转频瞬时相位；根据变转速齿轮箱振动信号构造自适应多小波，对多小波对信号进行多小波包分解，然后计算每个分解频带的谱指标值，选择谱指标值最大的分解频带作为故障敏感频带；将转频瞬时相位与故障敏感频带进行阶次变换，提取故障特征阶次。本发明充分考虑齿轮箱信号的复杂多源性与外界环境噪声的干扰，保证了较高的故障诊断准确度和工程实用性。

技术领域

本发明属于机械振动信号与变转速工况机械设备故障诊断领域，具体涉及一种无健相变转速齿轮箱故障诊断方法。

背景技术

齿轮箱是机械设备的基础部件之一，为机械设备传递运动和动力，是现代工业设备中不可或缺的一环，其运行可靠性、使用寿命都直接影响机械设备的正常运行和企业的工作生产任务，也是机械故障诊断领域重点的研究对象。传统的齿轮箱故障诊断方法大多都是在恒定转速下进行的，对于变转速下的齿轮箱故障诊断方法研究较少。然而，实际工程中的齿轮箱往往是在变转速下运行的，例如风力发电机组的齿轮箱，大型军工设备如直升机齿轮箱或军舰用齿轮箱等等，其运行转速都会随着工作任务或工况环境的改变而改变。并且由于机械设备大多结构紧凑，富余空间较少，针对于这类设备无法直接利用转速传感器测量转速。因此，针对变转速工况下且无法直接获取转速信息的齿轮箱设备，研究有效的故障诊断方法，安排合理的维修计划与部件更换计划，最大限度的减少突发停机事件，对企业安全生产与成本节约具有重要意义。

无键相阶次跟踪技术是解决转速无法直接获取时的变转速振动信号分析的有效方法。目前，无键相阶次跟踪技术主要聚焦于变转速下的时频脊线提取问题，常用的方法主要对时频脊线进行泰勒分解拟合重构，然而由于泰勒分解阶次的不确定，阶次选择不当将会引入误差。同时，齿轮箱振动信号具有复杂多源性，包含齿轮振动信号、轴承振动信号与环境噪声干扰。常用的无键相阶次跟踪技术在消除噪声与故障信息有效提取方面仍缺乏研究，从而导致提取的故障特征阶次不够准确。因此，针对现有常用无键相阶次跟踪方法难以准确提取噪声干扰下复杂齿轮箱的故障特征阶次的不足，如何有效准确提取故障特征阶次是一个有待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，该方法既克服了常用无键相阶次跟踪方法由于泰勒展开阶次不定导致时频脊线预测偏差的问题，又充分考虑了齿轮箱信号的复杂多源性与外界噪声干扰，提高了变转速工况下齿轮箱故障诊断的有效性与准确性。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种无键相变转速齿轮箱故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)采集变转速齿轮箱振动信号；

(2)对变转速齿轮箱振动信号进行时频分析，得到信号时频图，根据信号时频图获取时频脊线；

(3)对时频脊线进行轨迹优化，得到解调算子，将解调算子进行时频分析，得到信号时频图，根据信号时频图获取新的时频脊线；

(4)重复步骤(2)至步骤(3)，直至前后两次得到的瞬时频率估计值的欧氏距离小于或等于预设极限，得到精细化提取的时频脊线；

(5)根据精细化提取的时频脊线，采用Vold-Kalman滤波器对转频谐波的时域波形进行提取，获得转频瞬时相位；

(6)根据变转速齿轮箱振动信号采用自适应构造理论构造自适应多小波，并对多小波对信号进行多小波包分解，得到分解频带，然后计算每个分解频带的谱指标值，选择谱指标值最大的分解频带作为故障敏感频带；将转频瞬时相位与故障敏感频带进行阶次变换，提取故障特征阶次，完成变转速下齿轮箱故障诊断。