基于半圆结构形态梯度滤波的齿轮故障诊断.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第5期CHINAPETR0LEUMMACHINERY一15一●钻井技术与装备基于半圆结构形态梯度滤波的齿轮故障诊断李芳张来斌段礼祥(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院)摘要：为了有效提高信噪比和提取出故障特征信息，提出了半圆结构形态梯度滤波方法，并将该方法应用于齿轮磨损故障诊断中。首先针对信号特点构造形态梯度滤波器，在此基础上分析不同结构元素的降噪效果，进而选取降噪效果最好的半圆结构。该方法处理频率范围宽，具有平移不变性、单调性等优点，能够有效去除噪声干扰并且能保留有效信息成分。仿真信号和实际齿轮磨损信号的降噪效果表明，

2、半圆结构形态梯度滤波方法能够获得更高的信噪比和更低的均方差，有效地刻画了故障特征，提高了分析效果。关键词：形态梯度；半圆结构；齿轮；故障诊断；信号降噪中图分类号：TEl32．41文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．05．004GearFaultDiagnosisBasedonSemicircleStructuralMorphologyGradientFilteringLiFangZhangLaibinDuanLixiang(CollegeofMechanicalandTransportationEngin

3、eering，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing)Abstract：Toimprovesigna1．noiseratioandextractthecharacteristicinformationoffauh，thesemicirclestructuralmorphologygradientfilteringmethodwasproposed．Themethodwasappliedinthefaultdiagnosisofgearwear．First，inlightofsignalcharacteristics，th

4、emorphologicalgradientfilterwasbuilt．Onthebasisofthis，thede—noisingeffectofdifferentstructuralelementswasanalyzedandthesemicirclestructurewasselected．Thefrequencyrangehandledbythemethodiswide，withthestrengthsoftranslationinvarianceandmonotony．Itcaneffectivelye—liminatenoisedist

5、urbanceandpreserveeffectiveinformationelements．Thede-nosingeffectsofsimulationsignalsandpracticalgearwearsignalsshowthatthesemicirclestructuralmorphologygradientfilteringmethodcanobtainhighersignal—noiseratioandlowermeansquareerror，effectivelyportrayingfaultcharacteristicsandim

6、provingtheanalysiseffect．Keywords：morphologicalgradient；semicirclestructure；gear；faultdiagnosis；signalde—noising信号提取特征和故障诊断之前，选取合适的降噪处0引言理方法至关重要。传统信号分析方法在处理此类信号时遇到了难以克服的困难。小波分析I4和奇异设备运转过程中产生的振动信号往往含有复杂值分解由于阈值选取和奇异值选择的不确定性，的信息成分，使得信号呈现高度的非线性、非平稳降噪效果会受到影响；粒子滤波等方法面临最性和非高斯分布等特性⋯，故障

7、特征成分往往较大的瓶颈在于如何解决大量样本的需求。为微弱并且淹没在强噪声背景当中，因而在对噪声形态滤波是从数学形态学理论中发展起来基金项目：国家自然科学基金项目“油气储运‘设备链’瞬态过程的耦变规律及其诊断方法”(51005247)；中国石油股份有限公司项目“大功率离心压缩机组状态诊断与评价”(油气201001)；北京市教委科研基地建设项目“天然气主干线及其动力机组安全检测与诊断系统研究”。一16一石油机械2014年第42卷第5期的一种新型非线性滤波方法。该方法采用具有一定号进行收缩，膨胀运算可以对信号进行扩张。但腐结构和特征的结构元素去度量图像中的

8、形态，只针蚀和膨胀是不可恢复的运算，先腐蚀再膨胀便构成对信号的形状特征进行分析，通过集合运算提取信开运算；先