專利名稱：利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)，具體涉及一種行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法。
背景技術(shù)：
工程實(shí)踐表明，行星齒輪箱的故障通常并不單一，往往表現(xiàn)為齒輪及軸承的點(diǎn)蝕、剝落、磨損、膠合、裂紋、斷裂、偏心、調(diào)制等復(fù)合故障。所謂復(fù)合故障是指同時發(fā)生兩個或多個互相關(guān)聯(lián)、交叉影響的故障。這些復(fù)合故障同時或級聯(lián)出現(xiàn)，其振動信號常表現(xiàn)為故障特征的相互耦合。復(fù)合故障的產(chǎn)生給故障確診帶來更大的困難。目前，行星齒輪箱故障診斷中廣泛應(yīng)用的方法是小波變換、二代小波變換和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?，而對?fù)合故障診斷缺少行之有效的信號處理方法。因此，研究開發(fā)先進(jìn)的信號處理技術(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)振動信號中耦合特征分離與故障特征識別，已成為行星齒輪箱故障診斷需要解決的關(guān)鍵問題和難點(diǎn)問題。 行星齒輪箱為典型的周轉(zhuǎn)輪系，其行星齒輪的復(fù)合運(yùn)動包括自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，因此行星齒輪箱振動響應(yīng)比定軸傳動齒輪箱更復(fù)雜。其復(fù)雜性具體表現(xiàn)為多模式混淆和振動傳輸路徑復(fù)雜導(dǎo)致故障響應(yīng)微弱；載荷大范圍瞬時波動引起振動強(qiáng)烈的非平穩(wěn)性；多對齒輪嚙合的振動相互耦合造成振動明顯的非線性；低頻特征頻率成分噪聲污染嚴(yán)重；動態(tài)響應(yīng)信號頻譜分布及特征頻率的復(fù)雜?，F(xiàn)有的定軸齒輪箱故障診斷理論和技術(shù)難以解決行星齒輪箱的故障診斷難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種行星齒輪箱復(fù)合故障診斷的方法，該方法采用矩陣小波變換將多個故障特征分解到不同分支的信號中進(jìn)行提取與識別，實(shí)現(xiàn)行星齒輪箱齒輪及軸承的點(diǎn)蝕、剝落、磨損、膠合、裂紋、斷裂、偏心、調(diào)制等復(fù)合故障特征的一次性分離和診斷。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，其特征在于，包括下述步驟(I)矩陣小波變換由多個尺度函數(shù)生成向量小波函數(shù)，該多個尺度函數(shù)和所述向量小波函數(shù)共同構(gòu)成矩陣小波函數(shù)，其中，矩陣小波函數(shù)由如下多分辨分析生成，設(shè)函數(shù)Φ = [Φ!α), Φ2α)，…，ΦΓα)]τ e L2(R)r，r e N，其中 Φ^ ), Φ2( )，…，ΦΓ( )為多個尺度函數(shù)，對j e Z，定義Vj=Clos {2J/2 Φ j (2Jt-k) : I 彡 i 彡 r, k e Ζ}式中，尺度函數(shù)空間Vj由閉包函數(shù)clos { }張成，分辨率為2j ；小波函數(shù)空間Wj=Clos W72Vi (2jt_k) : I彡i彡r，k e Z}，是尺度函數(shù)空間Vj在VJ+1中的補(bǔ)空間，向量小波函數(shù)W = [i^(t)，￥2(t),···, ￥r(t)]T e L2(Rr的伸縮和平移張成了 W」空間
矩陣小波函數(shù)的兩尺度方程為
權(quán)利要求
1.一種利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，其特征在于，包括下述步驟 (1)矩陣小波變換由多個尺度函數(shù)生成向量小波函數(shù)，該多個尺度函數(shù)和所述向量小波函數(shù)共同構(gòu)成矩陣小波函數(shù)，其中，矩陣小波函數(shù)由如下多分辨分析生成，設(shè)函數(shù)Φ =[Φ^ ), Φ2⑴，…，ΦΓ( )]τ e L2(R)' r e N,其中 Φ^ ), Φ2( ),…，ΦΓ( )為多個尺度函數(shù)，對j e Z，定義 Vj =1 ^ i ^ r, k e Z} 式中，尺度函數(shù)空間'由閉包函數(shù)clos{ }張成，分辨率為2% 小波函數(shù)空間Wj = ClosWv2I^dk) :1彡i彡r，k e Z}，是尺度函數(shù)空間Vj在VJ+1中的補(bǔ)空間，向量小波函數(shù)Ψ = [ΨΑ)，￥2(t),…，I(t)]T e L2(RF的伸縮和平移張成了 W」空間 矩陣小波函數(shù)的兩尺度方程為 0(t) = J^Hk0{2t-k) k&Z k ￥(t) = J^Gk0{2t-h) keZk 式中，Hk，Gk分別表示矩陣小波變換的低通與高通濾波器，Ψ (t)是由尺度函數(shù)Φ (t)生成的向量小波函數(shù)； (2)將下述提升方法引入步驟(I)矩陣小波函數(shù)構(gòu)造中，通過設(shè)計(jì)不同的提升算子改變原有矩陣小波函數(shù)濾波器的特性，得到不同性質(zhì)的矩陣小波函數(shù)，所述提升方法為 給定一個初始矩陣小波濾波器組|#(2)，6(2),#(2)，<5(2)1，其中H(Z)為低通濾波器， 為對偶低通濾波器，g(z)為高通濾波器，<§()為對偶高通濾波器；構(gòu)造的新矩陣小波濾波器組■(開JzXGnewCrX應(yīng)—⑷戍辦⑷丨為Hnew(Z) = H(Z) Gnew (z) = T(z2) (G(z)+S (Z2)H (ζ))Hnmv{z) = H{z)-S\z2)G{z)= (Tt(Z2))-lG(Z) 其中Hnrat(Z)為新的低通濾波器，#_(r)為新的對偶低通濾波器，Gmw(ζ)為新的高通濾波器，0_(2)為新的對偶高通濾波器；提升矩陣S(Z)和T(Z)均為有限階，T(Z)的行列式為單項(xiàng)式； (3)根據(jù)齒輪和軸承出現(xiàn)損傷將引起振動沖擊以及故障狀態(tài)確定的物理屬性，利用信號處理的峭度最大和熵最小作為優(yōu)化目標(biāo)，在構(gòu)造的矩陣小波函數(shù)庫中選擇具有優(yōu)良性質(zhì)的最優(yōu)矩陣小波函數(shù)； (4)使用所構(gòu)造的最優(yōu)矩陣小波函數(shù)對振動信號進(jìn)行自適應(yīng)分解，將多個故障特征分解到不同分支的信號中進(jìn)行提取與識別，實(shí)現(xiàn)行星齒輪箱復(fù)合故障特征的一次性分離和診斷。
2.如權(quán)利要求I所述的利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，其特征在于，所述最優(yōu)矩陣小波函數(shù)選擇方法為峭度指標(biāo)Kp對早期振動沖擊型故障敏感，其定義為
3.如權(quán)利要求I所述的利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，其特征在于，所述步驟(4)的具體方法為包括如下步驟 .1)采集到的行星齒輪箱振動信號為fk，以2維矩陣小波變換為例，重復(fù)采樣的前處理方法具體表達(dá)如下式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用矩陣小波變換的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷方法，矩陣小波變換首先使用重復(fù)采樣的前處理方式，將采集到的行星齒輪箱一維振動信號變換為多維輸入信號；其次采用提升方法構(gòu)造最優(yōu)矩陣小波函數(shù)，利用所構(gòu)造的最優(yōu)矩陣小波函數(shù)對多維信號進(jìn)行自適應(yīng)分解，將多個故障特征分解到不同分支的信號中；然后采用包絡(luò)譜方法提取和識別出各頻帶信號中表征的行星齒輪箱故障，結(jié)合故障機(jī)理分析，實(shí)現(xiàn)行星齒輪箱復(fù)合故障特征的一次性分離和診斷。該方法結(jié)果可靠，實(shí)時性好，簡單易行，適用于衛(wèi)通天線、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、重載起重機(jī)等設(shè)備傳動機(jī)構(gòu)的行星齒輪箱復(fù)合故障診斷。
文檔編號G01M13/02GK102879196SQ20121036171
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者何正嘉, 孫海亮, 訾艷陽, 曹宏瑞, 李兵, 陳雪峰, 張周鎖 申請人:西安交通大學(xué)