基于阶次分析的风机增速箱故障诊断

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1、基于阶次分析的风机增速箱故障诊断陈长征，王海童，孙自强(沈阳工业大学机械工程学院•沈阳市110278)*摘要:风力发电机组工作环境恶劣，振动信号往往具有非平稳的特性。为了提取故障信息的特征频率，提岀了基于重采样的阶次分析和小波阈值去噪相结合的诊断方法。该方法与经典的计算阶次跟踪算法(COT)相比较，提高了重采样精度，与传统的FFT方法相比较，消除了因转速不稳定引起的“频率模糊”现象。并通过风场实验表明该方法有效，具有工程应有价值。关键词：风力发电机；小波去噪；阶次分析；重采样中图分类号:TH17文献标志码:A文章编号：Fault

2、DiagnosisOfWindTurbineGearboxBasedOnOrderAnalysisCHENChang-zheng,WANGHai-tong,SUNZi-qiang(SchoolofMechanicalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,ShenyangllO178,China)Abstract:Windturbinerununderthepoorworkingconditions,vibrationsignalsoftenhavethecharacterofnon

3、・stationary.Inordertoextractthecharacteristicfrequencyoffaultinformation,anewdiagnosisalgorithmisproposedbasedonthere-samplingorderanalysisandwaveletthresholdde・noising.Comparedwiththealgorithmofclassicalcalcula廿onordertrackingztheaccuracyofre-samplingisimproved,andc

4、omparedwiththemethodsoftraditionalFFTtoeliminatethephenomenonof"frequencyaliasing"casedbythespeedinstabilityThenthroughthewindfieldexperimentshowsthatthemethodiseffectiveandvaluableinengineering.Keywords:WindTurbines;Waveletde・noising;OrderAnalysis;Re-sampling0前言齿轮箱作

5、为风机最主耍的结构z—，其发生故障的频率最高，造成的停机时间也最长。同时由于受风机自身结构和风速时刻变化的双重影响,所采集到风机齿轮箱的故障信号往往具有非平稳的特性，而传统的基于FFT的普通频谱分析方法只能提取机械在转速稳定状况下的特征频率。若将此方法用于提取风机故障时的特征频率，则将出现难以辨认的“频率模糊”现象[1-6]o阶次分析是以角域采样的理论为基础建立起来的，其重要的思想就是将振动信号从时域转换到角域，因此阶次分析的关键技术就是实现等角度采样⑺。要实现对风机旋转不稳定状态下的角域采样，可利用阶次跟踪的方法，常用的阶次跟

6、踪方法有两种：一种是硬件阶次跟踪方法，一种是计算阶次跟踪方法⑻。硬件阶次跟踪不仅成本高而口在风机上安装比较困难。计算阶次跟踪可利用数值插值的方法实现角域采样，降低了成本。而基于等角度重采样的阶次分析是最常用的一种阶次跟踪方法但在实际工程中，由于受各种因素的影响，所采集到振动信号信息不可避免的会存在各种噪声，收稿日期：基金项目：辽宁省自然科学基金(2014028017)作者简介：陈长征(1964),男，辽宁省沈阳市，教授，博士生导师，主要从事振动噪声的研究;通信方式:E-mail:chencz6699@sina.com、联系电话：

7、13066695128通讯作者：王海童(1988),通信方式：E-mail:695145129@qq.com>联系电话：18309877833从而会影响重采样的精度，本文采用小波硬阈值去噪的方法对其重采样后的角域信号进行去噪处理,再进行FFT变换得到阶次谱，通过和经典的阶次跟踪方法(COT)相比较，提高了其重采样精度。1基于阶次分析和小波阈值去噪处理非平稳信号的原理1.1阶次分析和经典的计算阶次跟踪(COT)阶次分析是一个将频谱及时间历程与旋转部件的转速联系起来的工具，其最关键的技术就是实现对振动信号的等角度采样。其表达式为：0

8、二FX60n1式(1)屮0表示阶次，F表示振动信号的频率，n表示参考轴的转速。为了能得到等间隔角度的时间采样点，假定在短时间内，转轴的角加速度是保持不变的，转过的角度和时间的关系可用如下函数表示：et=bO+blt+b2t22式(2)中t为时间点，并假设每2个脉