探析信號處理在機(jī)械設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

譚秋林 李雙林

摘 要：本文以機(jī)械設(shè)備故障診斷為研究視角，針對信號處理在故障診斷中的應(yīng)用展開分析討論，集中探討了循環(huán)平穩(wěn)信號處理技術(shù)如何應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)踐中，希望可以為相關(guān)工作的開展提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：信號處理；機(jī)械設(shè)備；故障診斷

0前言

在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中對于機(jī)械設(shè)備信號的提取與分析主要可以應(yīng)用兩種方法，其一是穩(wěn)態(tài)信處理方法，這一技術(shù)如今發(fā)展的非常成熟，應(yīng)用比較廣泛。其二就是非平穩(wěn)信號處理技術(shù)，可以極大程度的提升機(jī)械設(shè)備故障診斷的效率。

1 循環(huán)平穩(wěn)信號處理概述

所謂循環(huán)平穩(wěn)信號是指在統(tǒng)計(jì)特征函數(shù)之時(shí)可以表現(xiàn)出周期性變化的特征。循環(huán)平穩(wěn)信號在實(shí)踐應(yīng)用中表現(xiàn)出非常大的價(jià)值與作用。一般情況下來講，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的實(shí)過程中會出現(xiàn)普遍性的平穩(wěn)信號，在統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的過程中，可以有效利用單次記錄時(shí)間的平均數(shù)去代替平均的集合，統(tǒng)計(jì)的特點(diǎn)是可以隨時(shí)進(jìn)行變換的，所以在實(shí)踐中并沒有辦法對上述特征實(shí)施準(zhǔn)確的變化，循環(huán)平穩(wěn)信號自身具備的最大特點(diǎn)就是穩(wěn)定性和平穩(wěn)定，所以單獨(dú)收集的過程中可以得到的數(shù)據(jù)都是具有一定的普遍性特征的，也正是因?yàn)檫@一特點(diǎn)使得該項(xiàng)技術(shù)比較適合應(yīng)用到數(shù)據(jù)的分析與處理當(dāng)中。

現(xiàn)階段，循環(huán)平穩(wěn)信號已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在通訊行業(yè)、機(jī)械領(lǐng)域表現(xiàn)出極好的應(yīng)用效果。例如當(dāng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，機(jī)械的滾動軸承顯示出了反復(fù)性的振動信號[1]。如果滾動軸承出現(xiàn)了相關(guān)的故障，由于受到機(jī)械設(shè)備運(yùn)行周期性旋轉(zhuǎn)和周期性因素的影響，使得機(jī)械設(shè)備將會產(chǎn)生非常復(fù)雜的、難以識別的振動信號，此種信號會包含著很多隨機(jī)信號。而對于這些隨機(jī)信號，通常認(rèn)為其實(shí)具有一定規(guī)律的，所以對于這種信號實(shí)循環(huán)平穩(wěn)信號分析，可以快速的分析出已經(jīng)被埋沒的噪聲周期因素。基于此，將循環(huán)信號處理技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械故障診斷中可以發(fā)揮極大的意義，需要引起足夠的重視。如圖1 所示。

圖 1 循環(huán)平穩(wěn)信號

2 循環(huán)平穩(wěn)信號處理技術(shù)在機(jī)械機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用

第一，一階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的有效應(yīng)用。一階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的主要內(nèi)容就是一階循環(huán)矩，將其應(yīng)用到是實(shí)踐中，主要是通過對循環(huán)矩的分析，就可以建立起一套擁有噪聲干擾的增幅振動信號模型，之后開展四個(gè)不同組別的仿真性模擬試驗(yàn)。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，我們就可以準(zhǔn)確達(dá)到發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行與轉(zhuǎn)動的過程中調(diào)幅信號是表現(xiàn)出特定的循環(huán)平穩(wěn)特質(zhì)的，有效利用非平穩(wěn)信號的循環(huán)平穩(wěn)特點(diǎn)，配合循環(huán)矩陣的分析結(jié)論，就可以快速的發(fā)現(xiàn)提出信號在噪聲干擾情況下所展示出來的規(guī)律性特點(diǎn)。然后就可以對一階循環(huán)平穩(wěn)信號實(shí)施合理化的升級，提出其中雙向同步平均數(shù)值，主要的目的就是將一階循環(huán)矩的狀態(tài)特征表示出來，此時(shí)就可以快速的分析出變速箱齒輪的振動信號，結(jié)果會顯示不僅可以反應(yīng)出齒輪嚙合的情況，還可以同步將齒輪自身存在的缺陷檢測出來。但是需要注意的是循環(huán)平均值并不具備調(diào)節(jié)性能，所以不能對多種調(diào)制類型的機(jī)械信號進(jìn)行抽取與分離，也正因如此這一技術(shù)在機(jī)械設(shè)備的故障診斷中并沒有表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢，而是通常應(yīng)用小波分解、幅值等手段進(jìn)行分析處理。

第二，二階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的有效應(yīng)用。在該項(xiàng)技術(shù)當(dāng)中主要包括了循環(huán)密度函數(shù)和循環(huán)平穩(wěn)度等。針對二階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量實(shí)施研究的基礎(chǔ)上，我們首先需要對二階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量分析法與傳統(tǒng)分析法實(shí)施對比。對于第一種分析方法，主要是通過對故障軸承的振動信號進(jìn)行處理，之后指出各自存在的優(yōu)勢與缺點(diǎn)。循環(huán)信號處理是一項(xiàng)十分強(qiáng)大的系統(tǒng)與技術(shù)，針對旋轉(zhuǎn)型機(jī)械故障的診斷精準(zhǔn)度極高。這就證明變速箱的震動信號也是具備二階循環(huán)信號的平穩(wěn)性特點(diǎn)的，這一信號的密度函數(shù)可以作為識別振動參數(shù)的依據(jù)，通過齒輪故障開展的震動型試驗(yàn)，可以得出相關(guān)故障結(jié)論。還有一種分析方法就是有效利用分析包絡(luò)以及統(tǒng)計(jì)量譜的密度，進(jìn)而總結(jié)這些因子在設(shè)備當(dāng)中的聯(lián)系與區(qū)別，通過研究可以證明通過循環(huán)譜的密度與精準(zhǔn)度是可以有效顯示出軸承自身所存在故障的特征的。與此同時(shí)，也證明了積分普的密度情況與包絡(luò)譜之間屬于等價(jià)關(guān)系，從而也就實(shí)現(xiàn)了對于包絡(luò)譜相關(guān)理論的補(bǔ)充與證明。在應(yīng)用循環(huán)密度方法以及平方包絡(luò)調(diào)節(jié)方法的過程中都是可以引入循環(huán)平穩(wěn)信號做出調(diào)節(jié)。通過相關(guān)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，指明了在平方包絡(luò)分析當(dāng)中由于構(gòu)架了一定的解析函數(shù)，從而使得數(shù)值平方和循環(huán)使得混疊效應(yīng)受到了有效的抑制。與此同時(shí)，也包括一種方法，通過振動信號這一角度出發(fā)，去證明多循環(huán)平穩(wěn)性、純循環(huán)平穩(wěn)的概念，還有一種就是與周期過程、平穩(wěn)過程之間的相互關(guān)系。上述兩種方法分別對循環(huán)平穩(wěn)性做出了研究，得出不相同的循環(huán)平穩(wěn)性條件。即在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備等角度采樣得到相關(guān)振動信號的時(shí)候，只要是轉(zhuǎn)速發(fā)生波動之后轉(zhuǎn)向平穩(wěn)的時(shí)候，采樣的信號也會同屬于循環(huán)平穩(wěn)信號。循環(huán)平穩(wěn)信號在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中會廣泛存在，所以應(yīng)該打破常規(guī)性的平穩(wěn)假設(shè)，在循環(huán)平穩(wěn)的基礎(chǔ)上對旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行研究，此時(shí)生成的研究信號更加符合實(shí)際。以齒輪、內(nèi)燃機(jī)和滾動軸承進(jìn)行比較，之后就會生成平穩(wěn)模型。

3結(jié)語

將信號處理技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備故障診斷中，可以非常精準(zhǔn)的檢測出設(shè)備的故障，提高故障檢測效率，有利于確保機(jī)械設(shè)備的健康穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。希望通過文章的闡述，可以使得相關(guān)工作人員認(rèn)識到信號處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，結(jié)合實(shí)際情況與故障診斷需要，積極提高信號處理技術(shù)的應(yīng)用水平，提高故障識別診斷效率，最終提升生產(chǎn)力水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]季建勝.機(jī)械設(shè)備故障診斷中循環(huán)平穩(wěn)信號處理的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013（21）：315.