基于盒维数的转子系统振动故障模拟实验研究.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2叭6年第l期(总第195期)基于盒维数的转子系统振动故障模拟实验研究胡道达，马振利，刘洲(中国人民解放军后勤工程学院研究生管理大队，重庆401311)摘要：针对旋转机械转子系统的非线性特征，提出了采用盒维数量化故障状态的诊断方法。本文在转子实验台上进行实验，模拟旋转机械转子系统常见的振动故障模式，采用分形理论对不同故障状态的振动信号进行盒维数计算。结果表明：由于振动机理不同，不同状态的盒维数明显不同，局部碰摩状态的盒维数小于正常状态的盒维数，其它故障状态的盒维数大于正常状态的盒维数；利用盒维数作为旋转机械的故障特征量，简单有效，能够准确诊断出旋转机械的故障状

2、态。关键词：盒维数；故障诊断；旋转机械中图分类号：THl65文献标识码：ADOI编码：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．01．145Abstract：Becauseofthenon—linearcharacteristicsofthemtorsvstemofrotatingmachinery，amethodofusingfmctalboxdimensiontodescrjbefaultconditionforfaultdiagnosisisputforward．Thepapersimulatescommonvibratingfaultcondition

3、softhemtorsvstemintherotorplatfo肿，usingfractalboxdimensiontocomputingthevibrationsignalofdifkrentfaultconditions．Theresultsshowthatduetodii．ferentvibrationmechanism，theboxdimensionofdifkrentconditionsisdistinctlydifkrent，theboxdimensionoffaultconditionsisgreaterthanno舯alcondition．Usingboxdime

4、nsionasthefaultch眦ctedsticquantityofrotatingmachinery，thewayissimpleandef耗ctiveandcandiagnosisthefaultconditionofmtatingmachineryaccurately．Keywords：Boxdimension；Faultdiagnosis；Rotatingmachinery0引言旋转机械在运转过程中会产生振动，在正常工作过程中·般会产生平稳的振动信号，当某·部位出现故障时，振动会加强，振动信号明显地表现出非线性、非平稳的特征⋯。利用振动信号对设备状态进行诊断，是故障诊

5、断中最常用、最有效的方法“。目前，对振动信号进行分析方法中，频谱分析是最常用的方法，但对于非线性、非平稳的信号，频谱分析却不能准确诊断出设备的故障状态。分形理论作为一门新兴学科，可以用来解决复杂的非线性问题，在机械振动故障诊断中具有广阔的前景。近年来分形理论用于设备故障诊断，取得了可喜的成果"。’。分形维数是描述混沌现象的重要特征参数，其中分形盒维数因计算简单，涉及参数少，有一定的抗噪特性而被广泛用来定量描述设备的故障类型，实现故障诊断。1分形盒维数及计算方法1．1盒维数定义设置是彤上的非空有界子集，％是直径为△的超立方体且覆盖集合X的最少个数，则x的盒维数定义为：】nⅣ．Ds2

6、妞蒜(1)1．2振动信号盒维数计算方法设离散振动信号石(i)cX，x是几维欧式空间彤上的闭集。用尽可能小的占网格来划分R“，Ⅳ(s)为网格宽度为s的网格计算。由于离散振动信号戈(i)的最高分辨率是采样间隔，在最小间隔内振动信号是一条直线，没有分形的特性，所以式(1)无法按照定义求出极限，因而在实际计算时采用近似的方法。以网格宽度占为基准，逐步放大到网格的宽度为拓，其中南∈z+。这样，令Ⅳ(如)为集合x的网格总计数，Ⅳ(如)可由式(4)求出。收稿日期：2015一09—24五=1时，P(s)=∑lmax‰，名。}一mink，戈。}IⅣ(s)=P(8)／占+1(2)^=2时，P(2s)

7、=∑max{z：，．，x：。，z：。+，}一min{z：．。，x：。，z：。+。}I～(2￡)=P(2占)／2占+1(3)的网格计数Ⅳ(昭)为：Ⅳ(如)=P(如)／b+l(4)式中：扛1，2，3，⋯，Ⅳ／．

8、}；

9、

10、}=l，2，3，⋯，M，M<Ⅳ，Ⅳ为采样点数。其中，Ar(如)>l为必要条件。在直角坐标系中绘出lnb—lnj7v(妇)曲线，其中lnb为横坐标，lnⅣ(船)为纵坐标，在曲线中，确定线性较好的一段为无标度区。设无标度区的起点为k，，终点为k：，所以：lnⅣ(七占)=o