安徽风机故障机理研究模拟实验台

在机械设备运行过程中，零部件的运动产生振动和冲击，包含着丰富的设备健康运行状态信息[1-2]。振动冲击往往是由零部件之间的碰撞敲击产生，其幅值大小、出现位置表现着设备的健康状态。在航空、船舶、石油化工等领域的机械设备中，包括航空发动机、内燃机、齿轮箱、往复压缩机、泵等，冲击振动是常见的故障模式[3-5]。因此，监测机械振动信号中的冲击成分可有效反映机械部件运行的健康状态，对设备进行故障诊断具有重要的意义。振动信号冲击成分呈现多频段分布，并伴随着噪声干扰，不同频率成分的冲击在时域混叠等问题[8-9]。以上情况，导致了复杂机械设备的实际振动监测信号的分析难度，造成了早期故障冲击特征难以捕捉等问题。更进一步地，其中一些往复机械（柴油机、往复压缩机、往复泵等）的振动信号的冲击成分在时域分布上呈现周期性间隔特点，与曲轴特定转角对应[10-12]，单从回转设备的频域分析方法在此并不适应。由于实际振动信号的频域复杂性和时域多冲击分布特点，因此需要对采集的振动冲击信号进行频域分解和时域冲击的提取，为后续特征提取和故障诊断奠定基础。故障机理研究模拟实验台的技术含量高。安徽风机故障机理研究模拟实验台

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冲击识别与分解对柴油机状态特征提取具有重要价值。现有常用方法利用冲击频域特性，通过频域分解与重构识别并分解冲击，在分解复杂多冲击非平稳信号存在频段混叠、时域冲击重合等问题。本研究提出了一种变分时频联合分解（VTFJD）方法，目的在于提取多源冲击振动信号中冲击成分。首先采用改进变分模态分解（VMD）方法对多冲击振动信号进行频域分解，得到各分解模态信号；其次，提出了变分时域分解方法（VTD），用于提取各分解模态信号中的冲击成分；***，对时频联合分解信号进行筛选，获得振动波形中多源冲击成分时频域信息。同时，针对VMD和VTD中参数选择问题，分别提出了参数优化选择方案。仿真信号和实际柴油机连杆轴瓦振动信号特征提取结果表明，VTFJD具有出色的多冲击信号自适应时频分解能力，具有冲击自动识别与分解提取能力。关键词：信号分解；振动与冲击；柴油机；连杆轴瓦磨损故障

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搭建PT500机械故障实验台过程中，在实验台关键位置设置4个三向加速度传感器，共计12个信号采集通道用以测取轴承座振动信号。实验台共设置4个轴承座，各传感器通过信号采集通道与轴承座连接，由于轴在运转过程中不同方向的振动信号不同，将各传感器的三个信号采集通道分别布置在轴承座的两个径向方向x、y与一个轴向方向z上，各轴承座与其连接通道在实验台中的位置如图6所示。图6中Ⅰ~Ⅳ为四个轴承座，Ch1~12对应12个信号采集通道，以CH1~3为例的三个方向通道布置位置如图中右侧所示，ChV对转速进行测量，P为负载盘。转子实验台通过两个负载盘进行质量不平衡转动实验以模拟转子系统的6种故障状态，每种状态的质量块数量及分布情况如表2所示。在安装质量盘的过程中，单个负载盘负载时，将质量块集中布置；两个负载盘同时负载时，质量块的安装位置呈180°。安徽风机故障机理研究模拟实验台