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1、時變轉速工況下行星齒輪箱故障診斷方法研究行星齒輪箱較之于傳統(tǒng)定軸齒輪箱而言, 具有傳動比高、負載能力強、結構緊湊等優(yōu)勢, 因此被廣泛應用于風力發(fā)電、重載車輛、船舶運輸等工業(yè)現場。然而, 由于這些復雜裝備長期在沙塵、腐蝕等惡劣環(huán)境條件下工作 , 行星齒輪箱容易出現齒面劃痕、齒根裂紋、齒輪疲勞斷裂等缺陷。這些故障可能導致系統(tǒng)振動加劇、傳動效率降低、計劃外停機甚至整體結構毀壞等后果, 造成嚴重經濟損失。 因此 , 行星齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷, 對保障工業(yè)設備安全高效運行、減少不必要的經濟損失、避免重特大工業(yè)事故, 有著十分重要的意義。然而 , 對于行星齒輪箱故障診斷問題 , 目前仍存在兩方面難點
2、尚未得到有效解決 :(1) 行星齒輪箱的故障機理和特征形式尚未得到系統(tǒng)梳理總結?，F有參考多基于固定轉速條件下的頻譜峰值分布 , 而未考慮時變轉速工況下時變邊帶的特征。并且大多數研究只針對橫向振動 , 并未考慮其它物理量特征的故障特征反饋。 (2) 時變轉速工況下的行星齒輪箱非平穩(wěn)信號分析方法還有待進一步提高。 行星齒輪箱信號具有復雜的調幅調頻結構 , 在時變轉速工況下 , 旋轉相關的特征頻率呈現時變特性 , 基于時域或頻域的故障診斷方法難以揭示變化的頻率特征,而常用的時頻分析方法存在時頻分辨率低或交叉項/ 自項干擾等缺陷,難以準確顯示復雜的時變故障特征。本文針對以上兩方面難點, 對行星齒輪箱時
3、變轉速工況下的故障診斷問題 , 進行了深入研究。從理論建模、非平穩(wěn)信號時頻結構分析、故障特征提取方面入手 , 通過理論推導、仿真分析和實驗驗證 , 完成了一系列創(chuàng)新研究 :1. 在理論建模方面 , 系統(tǒng)總結了包括橫向振動信號、扭轉振動信號、電機電流信號在內的 3 種行星齒輪箱特征信號解析模型 , 并具體實現了 :(1) 將現有的恒定轉速故障特征推廣至更通用的時變轉速工況故障特征 ;(2) 將故障調制特征的載波成分從常用的嚙合頻率推廣至固有頻率 ;(3) 將基于橫向振動的行星齒輪箱故障特征規(guī)律研究延伸至扭轉振動信號和感應電機定子電流信號分析。 這些研究為行星齒輪箱故障特征提取提供了理論基礎。 2
4、. 在非平穩(wěn)信號時頻結構分析方面 , 考慮傳統(tǒng)時頻分析方法在應對行星齒輪箱故障診斷問題上的局限和不足 , 應用前沿信號處理方法進行故障特征提取 , 并針對性地做出了改進和創(chuàng)新 :(1) 針對傳統(tǒng)方法時頻分辨能力不足的問題 , 應用重排小波尺度譜 , 有效提取了時變邊帶和沖擊特征 ;(2) 針對重排方法應對復雜時頻結構的不足, 提出基于迭代廣義重排的多種高性能時頻分布 ;(3) 針對前沿的同步壓縮變換理論 , 改進其時間方向定位能力的不足 , 提出迭代廣義同步壓縮變換方法。 這三種方法具有時頻精度高、 無交叉項或自項干擾的優(yōu)點 , 能夠適應復雜結構的行星齒輪箱非平穩(wěn)信號特征提取問題。3. 在故障
5、特征提取方面 , 將傳統(tǒng)的幅值解調和頻率解調分析方法推廣到了時變轉速的條件 , 并基于迭代廣義解調提出了一種新的階比譜分析方法。此外 , 針對扭轉振動信號提出了基于扭轉共振邊帶識別的故障診斷方法 , 針對電流信號提出了基于時變空間向量分析的故障診斷方法。為多渠道、 更方便地提取非平穩(wěn)故障特征提供了有效途徑。本論文中 , 結合不同齒輪故障條件下的行星齒輪箱時變轉速測試結果 ,驗證了所提出的行星齒輪箱時變轉速工況下的橫向振動、扭轉振動以及電流模型的準確性。進一步結合這些信號模型 , 驗證了所提出的時頻分析、時變解調和階比分析方法的優(yōu)越性。最后 , 將這些方法應用于實驗條件下的真實行星齒輪箱信號分析中 , 成功診斷出了不同位置的行星齒輪箱齒輪故障。綜上而言 , 針對應用廣泛的行星齒輪箱的時變轉速工況下故障特征提取問題 , 包括橫向振動、扭轉振動、定子電流在內的多種特征信號在本文中被成功解析建模 ; 包括時頻分析、時頻解調分析、階比分析、空間向量分析在內的多種非平穩(wěn)信號故障特征提取方法 , 以及同步壓縮變化、 迭代廣義解調在內的多種先進算法 , 在本文中被具體應用和驗證。 這些理論和技術將為廣泛的設備監(jiān)測診斷提供創(chuàng)新性的指導和幫助。
時變轉速工況下行星齒輪箱故障診斷方法研究
