探析信號(hào)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(duì)信號(hào)處理在故障診斷中的應(yīng)用展開(kāi)分析討論，集中探討了循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)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(kāi)展提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：信號(hào)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(guò)程中對(duì)于機(jī)械設(shè)備信號(hào)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(hào)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(hào)處理概述

所謂循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)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(hào)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(lái)講，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的實(shí)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)普遍性的平穩(wěn)信號(hào)，在統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的過(guò)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(méi)有辦法對(duì)上述特征實(shí)施準(zhǔn)確的變化，循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)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(guò)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(hào)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(guò)程中，機(jī)械的滾動(dòng)軸承顯示出了反復(fù)性的振動(dòng)信號(hào)[1]。如果滾動(dòng)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(huì)產(chǎn)生非常復(fù)雜的、難以識(shí)別的振動(dòng)信號(hào)，此種信號(hào)會(huì)包含著很多隨機(jī)信號(hào)。而對(duì)于這些隨機(jī)信號(hào)，通常認(rèn)為其實(shí)具有一定規(guī)律的，所以對(duì)于這種信號(hào)實(shí)循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)分析，可以快速的分析出已經(jīng)被埋沒(méi)的噪聲周期因素?；诖?，將循環(huán)信號(hào)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(hào)

2 循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)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(guò)對(duì)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(dòng)信號(hào)模型，之后開(kāi)展四個(gè)不同組別的仿真性模擬試驗(yàn)。通過(guò)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(dòng)的過(guò)程中調(diào)幅信號(hào)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(hào)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(hào)在噪聲干擾情況下所展示出來(lái)的規(guī)律性特點(diǎn)。然后就可以對(duì)一階循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)實(shí)施合理化的升級(jí)，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(lái)，此時(shí)就可以快速的分析出變速箱齒輪的振動(dòng)信號(hào)，結(jié)果會(huì)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(cè)出來(lái)。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(duì)多種調(diào)制類型的機(jī)械信號(hào)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(méi)有表現(xiàn)出獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(duì)二階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量分析法與傳統(tǒng)分析法實(shí)施對(duì)比。對(duì)于第一種分析方法，主要是通過(guò)對(duì)故障軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，之后指出各自存在的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)。循環(huán)信號(hào)處理是一項(xiàng)十分強(qiáng)大的系統(tǒng)與技術(shù)，針對(duì)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(dòng)信號(hào)也是具備二階循環(huán)信號(hào)的平穩(wěn)性特點(diǎn)的，這一信號(hào)的密度函數(shù)可以作為識(shí)別振動(dòng)參數(shù)的依據(jù)，通過(guò)齒輪故障開(kāi)展的震動(dòng)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(guò)研究可以證明通過(guò)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(duì)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(guò)程中都是可以引入循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)做出調(diào)節(jié)。通過(guò)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(guò)振動(dòng)信號(hào)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(guò)程、平穩(wěn)過(guò)程之間的相互關(guān)系。上述兩種方法分別對(duì)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(dòng)信號(hào)的時(shí)候，只要是轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)之后轉(zhuǎn)向平穩(wěn)的時(shí)候，采樣的信號(hào)也會(huì)同屬于循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)。循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)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(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行研究，此時(shí)生成的研究信號(hào)更加符合實(shí)際。以齒輪、內(nèi)燃機(jī)和滾動(dòng)軸承進(jìn)行比較，之后就會(huì)生成平穩(wěn)模型。

3結(jié)語(yǔ)

將信號(hào)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(cè)出設(shè)備的故障，提高故障檢測(cè)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(guò)文章的闡述，可以使得相關(guān)工作人員認(rèn)識(shí)到信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)際情況與故障診斷需要，積極提高信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用水平，提高故障識(shí)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(hào)處理的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013（21）：315.