共振解调技术在滚动轴承故障诊断中的研究与应用
自适应共振解调法及其在滚动轴承故障诊断中的应用
自适应共振解调法及其在滚动轴承故障诊断中的应用应用一《自适应共振解调法在汽车轮毂轴承故障诊断中的神奇表现》咱先来说说这汽车轮毂轴承，那可是汽车里相当重要的一个家伙。
就好比人的腿，没有好腿，咱这汽车咋能在路上欢快地跑起来呢？我有个朋友，开着他那心爱的小轿车，本来打算周末美滋滋地出去自驾游。
谁知道，车刚开出去没多远，就感觉车子有点不对劲，那震动感就跟坐过山车似的，只不过这过山车坐得可一点都不舒服。
我那朋友心里就犯嘀咕了，这是咋回事啊？于是赶紧把车开到维修厂。
维修师傅那可是经验丰富，听我朋友描述完情况，就怀疑是轮毂轴承出了问题。
这时候，自适应共振解调法就闪亮登场啦！师傅拿出专业的检测设备，开始用这神奇的方法检测轮毂轴承。
这个自适应共振解调法啊，就像是一个特别聪明的小侦探。
它能精准地捕捉到轴承运行过程中那些微小的震动信号，就好比能听到轴承在“说话”一样。
通过对这些信号的分析和处理，师傅很快就发现了问题所在。
原来啊，是轴承里的一个小滚珠磨损得有点严重，就像一个调皮的小鬼，在里面捣乱，导致车子震动得厉害。
找到了病根，师傅很快就把那个调皮的滚珠给换了，车子立马就恢复了往日的活力。
我朋友又能开开心心地踏上他的自驾游之旅啦。
通过这件事，可让我们见识到了自适应共振解调法的厉害。
它在汽车轮毂轴承故障诊断中，真的就像是一盏明灯，能快速准确地找出问题，让我们的爱车能健康地跑在路上。
应用二《自适应共振解调法在工厂机器滚动轴承故障诊断中的妙用》在工厂的生产车间里，那各种机器整天轰隆隆地响个不停，就像一群勤劳的小蜜蜂在忙碌地工作。
但要是这些机器里的滚动轴承出了问题，那可就麻烦啦，整个生产都得受到影响。
有一次，我去一家工厂参观，正好碰到他们一台重要的机器出现了故障。
这台机器平时可是车间的得力干将，生产效率那叫一个高。
可这会儿，它却像是个生病的老人，有气无力的。
工人们都着急得不行，不知道该怎么办才好。
这时候，技术专家出马啦，他决定用自适应共振解调法来给这台机器做个“全面体检”。
基于共振解调技术的信号调理仪及轴承故障诊断研究的开题报告
基于共振解调技术的信号调理仪及轴承故障诊断研究的开题报告一、题目基于共振解调技术的信号调理仪及轴承故障诊断研究二、选题背景轴承是机械设备中最为基础的零部件之一，具有重要的传动作用，若出现故障会严重影响机械的工作效率以及寿命。
目前，已有一系列的轴承故障检测方法和工具，其中基于共振解调技术的信号调理仪具有高精度、高灵敏度、非侵入式等优点，已经成为目前非常热门的轴承故障检测方法之一。
因此，开展此项研究具有非常重要的现实意义和应用前景。
三、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 对基于共振解调技术的信号调理仪的原理进行深入研究，分析其优缺点和适用范围。
2. 设计开发一款基于共振解调技术的信号调理仪，包括硬件系统和软件系统。
3. 进行实验验证，验证该信号调理仪的有效性和准确性。
4. 针对轴承故障的检测方法进行研究，结合信号调理仪，利用关键参数来辨识轴承的不同故障类型和程度。
5. 进行现场监测，对工业领域中常见的轴承故障进行实时监测和预警。
四、研究意义1. 掌握基于共振解调技术的信号调理仪的相关理论和方法，为今后相关研究提供理论支持。
2. 提供一种高精度、高灵敏度的轴承故障检测方法和工具，为轴承故障诊断领域提供了新的思路和方法。
3. 实现了对工业轴承故障的实时监测和预警，为实现设备的实时智能化管理提供了可靠手段。
4. 本研究具有广泛的应用前景，不仅适用于轴承故障诊断领域，还可以推广到其他机械故障的检测中。
五、研究方法本研究将采用实验方法和模拟仿真方法相结合的方式进行，具体包括以下几个步骤：1. 认真学习相关文献，深入研究基于共振解调技术的信号调理仪的原理和轴承故障检测的方法。
2. 设计开发一款基于共振解调技术的信号调理仪，包括硬件系统和软件系统，并进行实验验证。
3. 利用仿真软件对模拟信号进行处理和模拟实验，以验证本研究的可行性和有效性。
4. 进行实地监测，对工业领域中常见的轴承故障进行实时监测和预警，从而验证研究的实际应用价值。
基于Infogram的共振解调方法在滚动轴承故障特征提取中的应用
第37卷第12期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.12 2018基于Infogram的共振解调方法在滚动轴承故障特征提取中的应用夏均忠$，于明奇$，黄财2,汪治安$，吕麒鹏1(1.军事交通学院军用车辆工程技术研究中心，天津300161 ;2.东莞市T R轴承有限公司，广东东莞523000)摘要：带通滤波器参数（中心频率和带宽)设置是共振解调的关键，针对快速峭度图找寻的中心频率偏大、带宽 过宽的问题，应用Infogram(信息图）确定带通滤波器参数。
研究分析了信息图的概念及特点;通过构建脉冲噪声干扰和 故障脉冲高重复率两种仿真信号，对信息图和快速峭度图进行了分析对比，信息图对共振频带的优选效果强于快速峭度 图;将信息图应用到轴承内圈、滚动体故障振动信号共振解调中，可得到故障特征频率及其谐波、转频、边频带等轴承故障 特征参数，故障特征明显、故障信息较为丰富。
关键词：滚动轴承;特征提取;共振解调;快速峭度图;信息图中图分类号：T N911.23;T B53文献标志码：A D O I：10.13465/j. cnki. jvs. 2018. 12.005Application of resonance demodulation in rolling bearing faultfeature extraction based on InfogramXIA Junzhong1，YUMingqi1，HUANG Cai2，WANGZhian1，LUQipeng1(1. Military Vehicle Engineering Technology R esearch Center，Military Transportation A c a d e m y，Tianjin 300161，China;2. D o n g g u a n T R Bearing C o.，L t d.，D o n g g u a n 523000，China)Abstract:S e l e c t i n g p r o p e r p a r a m e t e r s(c e n t e r f r e q u e n c y a n d b a n d w i d t h)of a b a n d-p a s filter is crucial to r e s o n a n c e d e m o d u l a t i o n.H o w e v e r，t h o s e p a r a m e t e r s s e l ected b y t h e fast k u r t o g r a m w e r e n o t satisfactory；t h e r e f o r e，I n f o g r a m w a s p r o p o s e d.Firstly，its c o n c e p t a n d peculiarity w e r e investigated. T h e n to c o m p a r e t h e a p p l i c a t i o n effect of t h e I n f o g r a m w i t h t h e fast k u r t o g r a m，t h e s i m u l a t e d signals w i t h t h e i m p u l s i v e n o i s e a n d h i g h repetition rate w e r ed e s i g n e d.T h e I n f o g r a m w a s b e t e r t h a n t h e fast k u r t o g r a m for identification ability of r e s o n a n c e t h e I n f o g r a m w a s a p p l i e d to r e s o n a n c e d e m o d u l a t i o n of tlie vibration s ignals of faulted b e a r i n g s，a n (fault characteristic f r e q u e n c y a n d its h a r m o n i c s，s i d e b a n d s，a n d etc. )of faulted b e a r i n g s w e r e clearly o b s e r v e d.T h e result s h o w s t h e b a n d s s e l e c t e d b y t h e I n f o g r a m h a v e t w o o b v i o u s a d v a n t a g e s：fault characteristics a r e i n f o r m a t i o n is rich.Key words:rolling e l e m e n t b e a r i n g；fault feature e x t r a c t i o n；r e s o n a n c e d e m o d u l a t i o n；fast k u r t o g r a m；I n f o g r a m滚动轴承广泛用于旋转机械中，其运行状态是否 正常往往直接影响整台设备的性能，因此对滚动轴承 技术状态监测和早期故障诊断具有重要意义。
基于Hilbert共振解调法的滚动轴承振动故障诊断
基于Hilbert共振解调法的滚动轴承振动故障诊断采用基于Hilbert变换的共振解调技术，从共振信号中解调出故障特征信号，对故障特征频率进行分析，并经过实验诊断出轴承故障类型和部位，验证了该损伤诊断方法的优越性。
标签：滚动轴承；故障诊断；共振解调技术1 概述滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种机械部件，它的运行状态影响整台机器的性能，包括精度、可靠性等。
同时它也是机器中最易损坏的元件之一。
由于轴承使用寿命的离散性很大，若对其按设计寿命进行定时维修更换，则有可能使故障轴承得不到及时维修和替换，导致机械工作精度下降，甚至引发事故。
因此对滚动轴承进行工况监视与故障诊断，改传统的定时维修为视情维修或预知维修，具有重要意义[1]。
滚动轴承最常见的故障形式为局部损伤和磨损，主要由运转过程中的腐蚀、疲劳、塑性变形、胶合引起。
局部损伤具有突发性，会加剧运行时的冲击载荷，有可能在较短时间内发展为大片剥落，危害很大，因此力争在局部损伤出现的早期，就检测到其特征信号并对其进行定位[2，3]。
2 实验和结果2.1 实验设计滚动轴承故障实验系统由机械驱动装置、轴系、加载装置、振动信号采集系统组成，如图2所示。
机械驱动装置为变频调速电机及齿轮减速箱，轴转速可在15～748r/min之间调整。
轴系包括直径100mm的轴、1个推力轴承、1个圆柱滚子轴承和1个受测的6220型深沟球轴承。
受测轴承共有三种试件，分别为无故障轴承、外圈故障轴承和内圈故障轴承（用电火花加工方式分别在外圈、内圈上模拟出点蚀坑）。
加载装置通过总放大倍数为200的两级杠杆给轴承施加7000N 的径向载荷。
振动信号采集系统由手持式转速计、CA-YD-103加速度传感器、DHF-7电荷放大器、凌华PCI-1812采集卡、工控机组成。
2.2 故障特征频率计算文章的实验分别模拟了外圈单处点蚀故障和内圈单处点蚀故障。
可以计算出外圈故障特征频率fout为57.09Hz，内圈故障特征频率fin为79.31Hz，其边频带谱间隔频率为fs=12.40HZ。
基于共振解调的滚动轴承状态监测及故障诊断系统
图 ４ 正常轴承 时域波形图与频谱 图
谭嚣
图 １ 共振解 调原理示意图
２滚动轴承故障测试诊断系统 滚动轴承故 障测试诊 断系统的主界面如 图 ２所示。
图 ５ 故 障 轴承 时域 波 形 图 与 频谱 图
对比时域波形 的两个图 ，有故障的轴承 的振幅要比正常轴承 的 振幅大 ， 并且故障轴承 的时域波形呈现 明显的周期性 ， 表明轴承有磨 损， 但具体位置不好确定。为 了确定位置 ， 对故 障轴承利用共振解调
＝
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以容 易地诊断出轴承 的故障来。其原理 示意如图 １ 所示。
—
元件损伤 ・一 冲击
敞 障 诊 断
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高频固有撼动 ＿ 传黪器捂敬 的攮 动信号
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—一 包络信号 ・——一 某～ 高频 圈膏 撼动
图 ３ 轴 承测 试 诊 断 系统 总体 结构 图
故障诊断部分的主要任务是根据测得的信号 与数据记录诊断出 的意义。 故障发生 的部位 ， 用来分析故障 的原 因及对策 。具体 包括 ： 数据回放 传统 的测控仪器 由于费用高、 技术更新周期长等原因， 越来越不 与管理 、 特征频率计算与显示等。 能满足科技进步的要求。 以计算机为核 心的虚拟仪器 ， 而 由于其功能 ３故 障诊断实例 可由用户 自己定义 ，技术更新快，价格和软 件开发维护费用低等优 本 文以 ＧＢ ２ ４滚动轴 承为对 象 ， 拟出两种状 态 ： 常轴承 ６０ 模 正 点， 在故障诊断领域越 来越得到重视和 欢迎。本文利用 Ｌ ｂ ＩＷ 软 和外 圈故障。故 障是在与滚珠相接触 的外圈内侧通过激光线切割来 ａ ＶＥ 件开发出来的监测和诊断 系统 ，实现 了对滚动轴承状态的监测和早 实现 ， 障尺 寸为 １ 故 ×１ ｍｍ。轴 承 的 参 数 为滚 动 体 直 径 ｄ ７９ ｍｍ ， ＝ ４
利用共振解调技术对滚动轴承故障诊断
（． １ 内蒙古科技 大 学机械 工程 学 院 ， 内蒙古 包头 ０４ １ ： １００ ２ 包钢 西北创 业公 司 ， ． 内蒙古 包头 ０４ １） １００
摘
要 ： 章以滚动轴承作为研究对象 ， 文 利用共振解调技术对滚动轴承的运行状态进行 监测 ， 减轻后续 处理 的复杂
滚动轴 承 的工况监 测与故 障诊 断在 国外 大概 开 始于 ２ ０世纪 ６ ０年代 。在其 后 ２ Ｏ多年 的时 间里 ， 随 着科 学技术 的不 断发展 ， 各种 方法 和技巧不 断产生 、 发 展和完 善 ， 应用 的领 域不 断扩大 ， 检测 与诊断 的有 效不 断提 高 。现 在在 工 业 发达 国家 ， 动轴 承 工况 滚
第３ ６卷第 ４期 ２１ ０ ０年 ８月
包
钢
科
技
Ｖｏ ． ６， ｏ ４ １３ Ｎ ． Ａｕ ｕ ｔ ２ ０ ｇ ｓ ，０１
Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＢ ｏｏ ｔｅ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａ ｔｕ Ｓｅ ｌ
利用 共 振解 调 技术 对 滚 动轴 承故 障诊 断
作者简介 ： 张彦强 （９ ０一） 男 ， １８ ， 内蒙古赤峰市人 ， 在读硕士 ， 机械 工程 师， 主要从事设备管理工作。
第 ４期
利用共振解调技术对滚动轴承故障诊断
４ ７
阶频谱 、 齿轮 频率振 动 的多 阶频 谱 和 轴 承故 障 损 伤
的宽频带性质 ， 它将激起轴承结构及传感器本身在 各 自的固有频率上发生谐振。其中必然包含轴承故 障源信号、 轴承结构系统 固有振动信号 以及传感器
本身 的 固有震 动信号 等高频 固有振 动 。可 根据实 际 需要选 择某 一高 频 固有 震 动作 为 研 究对 象 ， 用 其 利 中心频 率 等于该 固有频 率 的带通滤 波器将 该 固有 振 动分离 出来 ， 然后 通 过包 络 检 波器 去 除 高 频衰 减 振 动 的频 率成 分 ， 到 只包 含 故 障特 征 信 息 的低 频包 得
自适应共振解调法及其在滚动轴承故障诊断中的应用
振 动 与 冲 击第26卷第1期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .26No .12007 自适应共振解调法及其在滚动轴承故障诊断中的应用基金项目:铁道科学研究院基金项目(2004YF5)资助。
收稿日期:2005-10-21 修改稿收到日期:2006-02-28第一作者刘金朝男,博士,副研究员,1971年生刘金朝1, 丁夏完2, 王成国1(1.铁道科学研究院研发中心,北京 100081; 2.中央民族大学数学与计算机科学学院,北京 100081) 摘 要 与AR 模型、小波变换等故障诊断方法相比较,工程人员更多的是采用共振解调法对滚动轴承故障进行诊断,但诊断成功与否很大程度上依赖于滤波器中心频率及其带宽的选择。
这里提出的诊断滚动轴承故障的自适应共振解调法避免了带通滤波器难以选择的困难。
其核心思想是:不采用滤波的方式而是通过先对时间信号进行时频变换,然后从时频能量谱中自动提取时间能量信号的方式来达到将由于冲击引起的共振高频信号和高能量的低频信号分离。
此外,给出了一个统一的框架从时频能量谱中自动提取类似于时间边缘的时间能量信号,即L p 范数准则。
数值实验结果表明,自适应共振解调法能有效地诊断滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚动体故障,而且比传统的共振解调法的性能更优。
关键词:自适应共振解调法,时频分析,L p范数,细化傅里叶技术,滚动轴承,故障诊断中图分类号:TH133.33 文献标识码:A 滚动轴承是旋转机械的一种,最早利用时域信号的数字特征,如峭度系数、振幅的有效值等进行轴承故障诊断。
该方法的可靠性很大程度上依赖于阀值的选取,因此人们只把它当作一种初步的定性的诊断方法。
频率分析法[1-2]可以对轴承的早期故障进行精确诊断。
共振解调方法[3-5]是频率分析法中最成功的一种,其基本原理是将低频的冲击信号调制到高频的共振频率而远离能量巨大的低频信号。
当带有局部缺陷的轴承转动时每转过缺陷处都将会产生冲击,如果轴承按照固定的旋转频率旋转,那么这个冲击将会以固定的频率出现。
基于快速kurtogram算法的共振解调方法在滚动轴承故障特征提取中的应用
∫
+∞
－∞
［ x（ τ） γ * （ τ － t） ］ e －j2πfτ dt
（ 2）
其中： γ（ τ ） 为时间宽度很小的时窗。 式 （ 1 ） 具有如下 性质： （ 1 ） 平稳信号的 x（ t） 谱峭度指标为 0 ； （ 2 ） 在平稳噪声信号 b （ t ） 的干扰下， 不平稳振动 信号 x（ t） 的谱峭度计算公式如下： K x （ f） K （ x + b） （ f ） = 2 ［ 1 + ρ（ f） ］ 其中： ρ（ f） 为信噪比的倒数。 1. 2 快速 Kurtogram 算法 在滚动轴承发生冲击故障时， 可视冲击信号为不 平稳信号， 而其他信号可视为占主要成分的平稳强噪 声， 前者往往被后者所淹没。由式（ 3 ） 可知当轴承发生 冲击故障时由于 ρ（ f ） 非常大以至使 K （ x + b） （ f ） 非常小。 5］提出了快速 谱峭度指标无法反映冲击特征。 文献［ Kurtogram 算法， 其基本思想是 ： 不平稳冲击信号在强 噪声干扰情况下谱峭度指标的大小与式 （ 2 ） 中进行短 时傅里叶变换时 f 及频率分辨率 （ 对应公式 （ 2 ） 中的时 窗宽） 的选取有着密切的联系。合理的选取 f 及频率分 辨率可使不平稳信号的谱峭度指标达到最大， 从而更 好的反映冲击故障特征， 这种思想与共振解调方法中 带通滤波器参数 （ 中心频率和带宽 ） 的选取原理相同。 本文将此方法延伸用于共振解调分析的带通滤波器参 数的选取。快速 kurtogram 算法如下： （ 1 ） 分别构建一个低通滤波器 h0 （ n ） 和一个高通 滤波器 h1 （ n） ： h0 （ n ） = h （ n ） e h1 （ n ） = h （ n ） e
基于共振解调的拉普拉斯金字塔变换在直升机传动系统滚动轴承故障检测中的应用
・
机械 研 究 与 应 用 ・
基 于 共振 解 调 的拉 普拉 斯 金 字塔 变 换 在 直 升 机传 动 系统 滚 动轴 承 故 障检 测 中 的应 用
赵 焕 兴 ， 周
（． １ 兰州大学 信息科学与工程学院， 甘肃 兰州
威 王光 辉 ，
７０ ０ ２ 中国人 民解放 军６ ３ ０部 队， 南 新 乡 ４ ３０ ） ３０ ０； ． １３ 河 ５０ ０
行拉普拉斯金 字塔分 解， 对相应的分解 系数 进行重构 ， 然后在 频谱 中检 测是 否有 冲击 能量较 大的故 障频率 ，
从 而判 断是 否存在故 障。对 比分析 结果表明 ， 相对 于傅里 叶变换 、 小波变换 ， 本方法对滚 动轴承的 内环、 外环 裂纹故 障频 率， 有更好的检测效果。 关键 词 ： 直升机 ； 传动 系统 ； 轴承故 障； 共振 解调 ； 拉普拉斯金 字塔 变换
２ ６ ３ ０ ｅｐ ｌ ｅ ｔ ｎａｍ ｏｐ ， ｉ ｉ ｇＨ ｎ ｎ ４ ３０ ，ｈｎ ） ． １３ ｏｌ ｓ ｉ ｒ ｉ ｒ ｙｔ ｏｓ Ｘｎ ａ ｅａ ５ ０ ０ Ｃ ｉ ｐ ｅ ｂ ａｏ ｒ ｘｎ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｅ ｒｎ ａ ｌｓｗｅｅ ｏｔ ｎ ｆ ｕ ｄ ｉ ｅｉ ｏ ｔｒｔ ｎ ｍｉｓｏ ． Ｄ ｍｃ ｏ ｆｓ ｃ ａ ｔ ｕ ｉ ｇ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂ ａ ｉ ｇ ｆ ｕｔ ｒ ｆ ｏ ｎ ｎ ｈ ｌ ｐｅ ｒ ｓ ｓｉ ｎ ｅ ｃ ａ ｅ ￣ ｎ ｏ ｕ ｈ ｆ ｕ ｓ ｓ ｍｅ—ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｌ ｓｓ ｌ ｎ ｉ ｒ ｕ ｎ ｙａ ａｙｉ ｅ ｉ ｏ ｕ ｓ ａ ｈ ｔｐ ｃ ｓａ ｆｃ ｓ ｒ ｅ ｒ ｏ ｉ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓ ａ ｎ ｗ ｆｕ ｔ ｄ ｔ ｃｉｎ ｍｅｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ ｎ ｎ ｅ ｄ ｕ ａｉ ｎ ａ ｄ Ｌ ｐ ａ ｉ ｎ ｅ ｃ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｐ ｅ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｅ ｔ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｒ ｏ ａ ｔｄ ｍｏ ｌ ｔ ａ ｌｃ ａ ｅ ｌ ｏ ｅ ｏ ｎ ｐ ｒ ｍｉ ｒ ｎ ｆｒ ｙ ａ ｄ ｔ ｓ ｍ．Ｃ ｍｐ ｒｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｓ ｏ ｓ ｔ ａ ｈ ｓ ｎ ｗ ｍｅ ｈ ａ ｅ ｔｒｆｕ ｔｄ ｔｃ ｏ ｅ ｕ ｔ ｔ ａ ｏ ｒ ｒｔａ ｓｏ ｍ ａ ｏ ｏ ａ ａ ｖ ｎ ｓ ｈ ｗ ｈ ｔｔｉ ｅ ｔ ｏ ｈ ｓ ｂ ｔ ａ ｌ ｅｅ ｔ ｎ ｒｓ ｌ ｈ ｆｕ ｅ ｒ ｆｒ ｉ ｌ ｓ ｄ ｅ ｉ ｓ ｎ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｖ ｌ ｔ ａ ｓｏ ｍ ｔ ｏ ｏ ｎ ｒｒ ｇ ａ ｄ ｏ ｔ ｒｒ ｇ ｃ ａ ｋ ｆｕ ｔ ｏ ｌ ｎ ｅ ｒ ｇ ｔ ｏ ａ ｄ ｗａ ｅ ｅ ｎ ｆ ｒ ｍｅ ｄ ｆ ｒｉ ｅ ｎ ｎ ｕ ｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｓ ｆ ｏｌ ｇ ｂ ａ ｉ ． ｄ ｒ ｔ ｈ ｎ ｉ ｎ ｌ ｒ ｉ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｐ ｅｓ ｒ ｎ ｍｉｓ ｎ；ｂ ａ ｉ ｇ ｆｕ ｔ ｅ ｏ ａ ｔｄ ｍｏ ｕａ ｉｎ；ｌｐ ａ ｉ ｙ￣ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｌ ｏ ｔ ｒ ；ｔａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｏ ｅ ｒｎ ｌ ；ｒ ｓ ｎ ｅ ｄ ｌ ｔ ａ ｎ ｏ ａ ｌ ｃａ ｐ ｒ ｎ ｄ ｔ ｎ ｆｒ ｒ ｓｏ ａ ｍ
共振解调技术在风力发电机滚动轴承故障诊断中的应用
落在滚动轴承振 动频率范 围以 内的分量则更小 ，无法与能量较
大而又基本集中于低频领域的振动分量相 比。用直接包含故障
冲击的振动信号进行频谱分析来诊 断轴承损伤故障 ， 时会 出 有
现发生 了故障但从频谱图上却看不到 的现象。可以利用共振的 特性 ， 来提取埋藏于正常振动信息 中的故障冲击信息 。 共振解调法 （ １就是利 用传 感器及 电路的谐振 ， 图 ） 将故 障
，
其 故障信号具有冲击振动的特点 ， 振动信号频率范 围很宽 ，
频率极高 ， 信噪 比很低 ， 信号传递路径上 的衰减量大。共振解调 技术是对低频 冲击所激起的高频共振波形进行包络检波和低通 滤波 ， 获得一个对应 于低频 冲击的 、 而又放大并展宽 了的共振解 调波 ， 通过对此共振解调波的幅值和频谱分析 ， 判断故障的程度 和故障类型， 适合于轴 承的早期故障诊断。由于风电设备 大多安 装在野外几十米 的高空 ， 一般不宜组织定期维修或大修 ， 只有及 时 了解各关键零部件 的运行状态与故 障程度 ，才可保证风力发
中图分类号 Ｔ １． Ｈ１３１ 文献标识码
滚动轴 承是风力 发 电机组 的关键但 也是易 损坏 的零件 之
一
带信号 ， 中必有一部分 能量落在加速度计的谐振范 围内， 其 必然 引起加速度计的共 振。 把传感器拾取的信号经 过放大 ， 然后经过 中心频率等于加速度计谐振频率的带通滤波器滤波。再 经解调 器进行包络检波 ， 就得到了与脉冲冲击发生频率 （ 即轴承元件 的 故 障特 征频率 ） 相同的低频信号 ， 此信号进行频谱分析 ， 以 对 可
冲击引起的衰减振 动放大 ， 而提高故障检测 的灵敏度 ， 从 利用解
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共振解调技术在滚动轴承故障诊断中的研究与应用
作者：李敏盛如龙
来源：《科学与财富》2017年第09期
摘要：本文介绍了运用共振解调技术对CSP加热炉炉辊滚动轴承进行故障监测与预警，提高了炉辊滚动轴承故障分析与诊断能力。
关键词：共振解调；加热炉；轴承；频率；振动信号
1.引言
在CSP辊底式加热炉中，板坯的传输依靠炉辊完成，而炉辊的维护关键在于轴承。
应用调制解调技术对炉辊滚动轴承进行故障监测与预警，能提高滚动轴承故障分析与诊断能力。
2.共振解调诊断技术原理
共振解调故障诊断技术是利用共振解调原理对冲击故障进行检测诊断。
当轴承某一元件表面出现局部损伤时，在受载运行过程中将与其它元件表面发生撞击，从而产生能量集中的冲击脉冲力。
冲击脉冲带宽包含轴承系统的各个固有频率，所以会激起系统的各个固有振动。
这些周期性脉冲激励的频率对应轴承各元件的故障特征频率。
由于脉冲激励的宽频带性质，它将激起轴承结构及传感器本身在各自的固有频率上发生谐振。
其中必然包含轴承故障源信号、轴承结构系统固有振动信号以及传感器本身的固有振动信号等高频固有振动。
可根据需要选择某一高频固有振动为研究对象，利用其中心频率等于该固有频率的带通滤波器将该固有振动分离出来，再通过包络检波器去除高频衰减振动的频率成分，得到只包含故障特征信息的低频包络信号，最后对这一包络信号进行频谱分析即可诊断出轴承故障。
3.共振解调技术对炉辊轴承的分析
以炉辊所用6208型轴承为例，其参数及故障特征频率为：轴承节径D=60mm，滚动体直径d=12mm，滚动体个数z=10；可计算出外圈故障频率、内圈故障特征频率、动体故障特征频率、保持架故障特征频率。
对振动信号做直接包络处理，包络图如图1所示。
在外圈故障的包络图中，在90.7Hz附近有一个较突出的峰值，同时也有其他成分的峰值出现；在内圈故障的包络图中，内圈故障特征频率不明显，却在外圈故障频率和滚动体故障频率附近出现峰值。
3.1不同滤波频段的特征效果
在共振解调技术中，故障的包络信号频谱具有“没有故障就没有谱线”、“有故障则出现多阶谐波谱线”这样一些规律，同时共振频段的选择对包络图结果会有一定的影响。
外圈故障状态FFT图如图2所示。
在外圈故障FFT图中可看到在5～10kHz间存在若干共振峰值，选取其中的三个共振峰作为研究对象，分别为8.6-9.4kHz、7.6-8.4kHz、4.6～5.41d-Iz，分别进行带通滤波、包络处理，得到三个带通包络图。
在8.6-9.4kHz和4.6-5kHz频段下可看到一个近似于外圈故障特征频率93Hz频率，且谱线单一，但这两个频段中93HZ的倍频太小，均不太明显；在7.6-8.4kHz的频段下可看到表外圈故障特征频率及特征频率凸显在频谱图中。
再来研究内圈故障状态下的带通包络情况，如图3所示。
前两个频段中出现的异常情况，是因为内圈故障振动信号传至传感器要经过滚动体、外圈、轴承座，再到传感器，在这个振动传递的过程中可能会激起其它频率成分的振动，从而使得和成分幅值变得突出。
可以得出结论，选择不同的频段做带通滤波，最终得到的包络图所表征故障特征的效果会有较大差异。
这表明，利用共振解调技术诊断滚动轴承故障时，选择合适的共振频段进行分析很重要。
3.2同一工况下的多次采样
图4为内圈故障轴承在电机转速≦1380r/min时进行5次采样，再选择7.6-8.4kHz为滤波频段进行共振解调处理的结果。
其内圈故障特征频率和2都能突显在每次采样的处理结果中，可见对同一工况进行多次采样，此方法对故障特征的提取有效。
3.3不同工况下的多次采样
以上工作是电机转速为1380r/min这一工况下进行的。
如在允许的范围内改变转速（分别取1080r/min、1380r/min、1500r/min）进行多次采样，再作共振解调处理，同样可找到外圈故障特征频率、内圈故障特征频率，且这两个频率在各自的频谱图中都十分明显；不同的是外圈故障特征的2阶倍频2在第一转速和第三转速中没有很好的突显出来，且出现较多不需要的峰值。
将三种状态下各自合适频段的带通滤波共振解调谱图进行比较，可直接看出轴承的状态。
若一滚动轴承故障状态未知，只需将其作共振解调处理，观察其频谱突出峰值，完成故障诊断。
4.结论
利用共振解调技术诊断滚动轴承故障时，选择合适的共振频段分析是十分重要的。
大量试验证明，在同一工况下进行多次采样，共振解调方法同样能有效的提取故障特征；在不同转速下进行共振解调处理，也可以判断出故障状态，有效的提取故障特征。