一种滚动轴承复合故障提取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种滚动轴承复合故障提取方法及系统。首先采用加速度传感器获取轴承故障振动信号，以变分模态分解作为振动信号升维和降噪的处理方法，得到K个IMF，以快速谱峭度图共振频带作为有效IMF(SIMFi)的筛选准则，对SIMFi进行快速谱峭度频谱滤波，通过比较包络谱与轴承故障理论计算结果，诊断出原始信号中所包含的故障类型。本发明专利技术可准确有效的诊断出复合故障组合形式，避免漏诊误诊，对机械设备运行状况的精确评估有重要价值。

A complex fault extraction method and system for rolling bearing

The invention discloses a compound fault extraction method and system for rolling bearing. The first uses the acceleration sensor to obtain fault bearing vibration signal, using the variational processing method of mode decomposition of vibration signal as rising dimension and noise reduction, K IMF, with fast kurtogram resonance frequency spectrum IMF (SIMFi) as an effective screening criteria, fast spectral kurtosis spectrum filtering of SIMFi, by comparing the calculation results of the envelope spectrum with the theory of fault bearing, diagnose the fault types contained in the original signal. The invention can accurately and effectively diagnose the composite fault combination form, avoid misdiagnosis and misdiagnosis, and have important value for accurate evaluation of the operation condition of mechanical equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种滚动轴承复合故障提取方法及系统
本专利技术涉及一种滚动轴承故障冲击特征提取方法，具体涉及一种基于变分模态分解与快速谱峭度图的滚动轴承故障特征提取方法及系统。
技术介绍
滚动轴承是筑路机械设备中应用最广泛的零部件之一，其运行状况影响着整个系统的工作状态，滚动轴承的故障识别与诊断对于保证机械设备安全可靠运行具有重要意义。实际工况下，滚动轴承的故障通常表现为复合故障，且受到运行环境影响，常常出现是复合故障与复合噪源相互作用，从强背景噪声中准确提取轴承复合故障成分，才能够对机械运行状况有较为可靠的判断。传统的频谱分析、包络分析、小波分析、形态学滤波等在处理复合故障问题时，会存在故障成分提取不彻底，造成误判和漏判等情况，对机械设备运行评估不完全。为了解决以上问题，本专利技术提出了一种滚动轴承复合故障提取方法及系统，采用加速度传感器获取轴承故障振动信号，以变分模态分解作为振动信号升维和降噪的处理方法，得到K个IMF，以快速谱峭度图共振频带作为有效IMF(SIMFi)的筛选准则，对SIMFi进行快速谱峭度频谱滤波，通过比较包络谱与轴承故障理论计算结果，诊断出原始信号中所包含的故障类型，可准确有效的诊断出复合故障组合形式，避免漏诊误诊，对机械设备运行状况的精确评估有重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种滚动轴承复合故障提取方法及系统，通过采用加速度传感器获取轴承故障振动信号，以变分模态分解作为振动信号升维和降噪的处理方法，得到K个IMF，以快速谱峭度图共振频带作为有效IMF(SIMFi)的筛选准则，对SIMFi进行快速谱峭度频谱滤波，通过比较包络谱与轴承故障理论计算结果，诊断出原始信号中所包含的故障类型。本专利技术提供了如下方案：一种滚动轴承复合故障提取系统，包括振动信号采集装置，振动信号分解装置，振动信号分析装置，滤波装置，故障输出装置；振动信号采集装置为振动加速传感器，用于获取轴承复合故障的振动信号并传送给振动信号分解装置和振动信号分析装置，振动信号分解装置用于对振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量，振动信号分析装置用于对振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到J个共振频带，其中J小于等于K；滤波装置用于对振动信号分解装置输出的IMF分量进行滤波，故障输出装置用于对滤波后的IMF分量进行包络谱分析，通过对比理论计算所得轴承故障特征频率，得出原始信号复合故障类型。一种滚动轴承复合故障提取方法，包括步骤：(1)获取轴承复合故障的振动信号；(2)对振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量；(3)对振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到J个共振频带，其中J小于等于K；(4)选取与共振频带对应的IMF分量，命名为SIMFi；(5)对SIMFi做快速谱峭度图滤波，得到滤波后的SIMFi；(6)对滤波后的SIMFi进行包络谱分析，通过对比理论计算所得轴承故障特征频率，得出原始信号复合故障类型。可选的，步骤1中轴承复合故障的振动信号，既可以是单故障振动信号，也可以多种故障组合的复合故障振动信号。可选的，步骤2中分量个数K的选取，采用中心频率相离准则，避免由于过分解或欠分解所导致的模态混叠，其过程如下，a、对原始信号进行频谱分析，从频谱图中估计共振频带个数k；b、设定k为信号初始分解个数对原始信号进行变分模态分解，得到各IMF的共振频带中心频率系数O；中心频率系数乘以采样频率即可得分解所得到的k个IMF的中心频率；c、观测中心频率：若存在混叠，则减小分解个数为k＝k-1，直至中心频率不再混叠，此时k即为最优变分模态分解个数；若不存在混叠，则增加模态分解个数k＝k+1，直至出现模态混叠，此时k-1即为最优变分模态分解个数。可选的，步骤3以快速谱峭度图作为IMF筛选准则，以快速谱峭度图确定原始信号的共振频带个数及中心频率范围，选取频谱共振区间在此范围的IMF。可选的，步骤5以快速谱峭度图作为频谱滤波手段，设定快速谱峭度图采用短时傅立叶变换及classical峭度值算法组合，根据快速谱峭度图所提示共振中心频率滤波，得到滤波后的SIMFi。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术的一种滚动轴承复合故障提取方法及系统，采用加速度传感器获取轴承故障振动信号，以变分模态分解作为振动信号升维和降噪的处理方法，得到K个IMF，以快速谱峭度图共振频带作为有效IMF(SIMFi)的筛选准则，对SIMFi进行快速谱峭度频谱滤波，通过比较包络谱与轴承故障理论计算结果，诊断出原始信号中所包含的故障类型，可准确有效的诊断出复合故障组合形式，避免漏诊误诊，对机械设备运行状况的精确评估有重要价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的结构示意图；图2为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的流程图；图3为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的实施例的时域波形图；图4为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的实施例的变分模态分解所得信号时域波形及频谱图；图5为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的实施例的由快速谱峭度选择谱峭度较大频带所对应的IMF分量图；图6为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的实施例的IMF分量进行快速谱峭度滤波；图7为本专利技术一种滚动轴承复合故障提取方法及系统的实施例的故障类型输出图；图中，1-振动信号采集装置，2-振动信号分解装置，3-振动信号分析装置，4-滤波装置，5-故障输出装置。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种滚动轴承复合故障提取方法及系统，通过采用加速度传感器获取轴承故障振动信号，以变分模态分解作为振动信号升维和降噪的处理方法，得到K个IMF，以快速谱峭度图共振频带作为有效IMF(SIMFi)的筛选准则，对SIMFi进行快速谱峭度频谱滤波，通过比较包络谱与轴承故障理论计算结果，诊断出原始信号中所包含的故障类型，可准确有效的诊断出复合故障组合形式，避免漏诊误诊，对机械设备运行状况的精确评估有重要价值。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：一种滚动轴承复合故障提取系统，包括振动信号采集装置(1)，振动信号分解装置(2)，振动信号分析装置(3)，滤波装置(4)，故障输出装置(5)；振动信号采集装置(1)为振动加速传感器，用于获取轴承复合故障的振动信号并传送给振动信号分解装置(2)和振动信号分析装置(3)，振动信号分解装置(2)用于对振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量，振动信号分析装置(3)用于对振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚动轴承复合故障提取系统，其特征在于，包括振动信号采集装置，振动信号分解装置，振动信号分析装置，滤波装置，故障输出装置；所述振动信号采集装置为振动加速传感器，用于获取轴承复合故障的振动信号并传送给所述振动信号分解装置和所述振动信号分析装置，所述振动信号分解装置用于对所述振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量，所述振动信号分析装置用于对所述振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到J个共振频带，其中J小于等于K；所述滤波装置用于对所述振动信号分解装置输出的IMF分量进行滤波，所述故障输出装置用于对滤波后的所述IMF分量进行包络谱分析，通过对比理论计算所得轴承故障特征频率，得出原始信号复合故障类型。

【技术特征摘要】
1.一种滚动轴承复合故障提取系统，其特征在于，包括振动信号采集装置，振动信号分解装置，振动信号分析装置，滤波装置，故障输出装置；所述振动信号采集装置为振动加速传感器，用于获取轴承复合故障的振动信号并传送给所述振动信号分解装置和所述振动信号分析装置，所述振动信号分解装置用于对所述振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量，所述振动信号分析装置用于对所述振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到J个共振频带，其中J小于等于K；所述滤波装置用于对所述振动信号分解装置输出的IMF分量进行滤波，所述故障输出装置用于对滤波后的所述IMF分量进行包络谱分析，通过对比理论计算所得轴承故障特征频率，得出原始信号复合故障类型。2.一种滚动轴承复合故障提取方法，其特征在于，包括步骤：(1)获取轴承复合故障的振动信号；(2)对所述振动信号通过变分模态分解进行升维及降噪，并分解为K个IMF分量；(3)对所述振动信号通过快速谱峭度图进行分析，得到J个共振频带，其中J小于等于K；(4)选取与所述共振频带对应的IMF分量，命名为SIMFi；(5)对所述SIMFi做快速谱峭度图滤波，得到滤波后的SIMFi；(6)对所述滤波后的SIMFi进行包络谱分析，通过对比理论计算所得轴承故障特征频率，得出原始信号复合故障类型。3.根据权利要求2所述的一种滚动轴承复...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海龙，孙永杰，杨杰，李健，李自夺，李建文，陈二永，李素格，魏牧林，张雄，万书亭，
申请(专利权)人：河北建设集团卓诚路桥工程有限公司，华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13