支持轴颈轴承转子系统的振动信号分析进行比较

文摘

比较被广泛的作为一个有用的信号处理技术来提取隐藏的周期性的机械振动信号的能量流。然而,传统比较局限于分析实值信号,这是无法处理所构造的复值信号从杂志上获得支持轴承转子系统操作与油膜不稳定。在这部作品中,换向周期平稳参数,如定向循环的意思是,定向循环自相关,和方向谱相关密度,定义基于定向维格纳分布的原则。实际的实验证明了该方法的有效性和优越性的调查瞬时平面运动的轴颈轴承转子系统的支持。

1。介绍

杂志轴承是使用最广泛的元素之一在高速旋转机器和他们的表现非常必要的正常操作油膜轴承支承的转子系统。因此,大量的轴颈轴承故障分析进行了研究。

石油旋转和油膜振荡的常见失效模式是杂志时轴承油膜失稳引起的轴的转速超过了转子系统的临界转速。基于数学模型的对称转子由一个刚性轴颈轴承和一个油膜轴承,Muszynska [1,2)数学解释相关的动态现象同步振动和自激振动。依靠一对正交安装接近传感器、轴中心线的轨道通常是帮助监测分析系统操作条件。此外,Moosavian et al。3]再相比(资讯)和人工神经网络(ANN)功率谱密度技术基础的主轴颈轴承故障诊断内燃机引擎在不同条件下(IC)。应等。4]研究了倾斜垫轴颈轴承转子系统动力学特性的系统操作在固有频率或高速范围考虑垫惯性矩的影响。钻石et al。5]了识别方法的优点和缺点对液膜轴颈轴承静态和动态特征,特别是轴承刚度、阻尼和质量系数基于不同测量系统的测量数据。的发展和趋势改善轴承测量记录。此外,Zanarini及其Cavallini [6)详细说明实验结果对应于石油旋转和油膜振荡混合失调,不平衡和共振。

在统计随机过程,周期平稳过程属于非平稳过程的类定义为代表的相关特征周期现象。因此,有必要分析推导调制振动辐射的轴颈轴承定期支持系统及其组件操作。加德纳首先定义的概念推导和预测中的应用。然后加德纳et al。7)提出了一个简明回顾文献进行比较调查的基础上,一个广泛的参考书目。此外,Serpedin et al。8]试图提供一个详细的分类群代表完整的参考文献列表推导及其应用。麦考密克和南帝9)相比,二阶与传统光谱分析进行比较和同步平均滚动轴承的状态监测。他们发现,前者可以揭示重要的故障特性,而后者没有。安东尼(10)提出了一个教程进行比较,介绍了关键概念在实际机械信号,证明了推导适用于机诊断的优越性,机械系统的识别和分离机械的来源。

支持转子轴颈轴承的状态监测系统通常依赖于两个垂直的安装距离传感器。轨道中心的签名然后杂志调查系统操作条件作定性分析。Southwick [11,12应用全谱图,half-spectrum相比,不同的旋转机械故障诊断。他们发现,使用全谱椭圆形轨道和振动旋进可以不受探头定位决定的。为了调查的复数信号的瞬时横向振动的机械结构,李et al。13]提出了双向定向振动功率谱复值信号缸电力故障诊断的四缸压缩和火花点火引擎。此外,李和汉14,15)提出了定向维格纳分布有效地确定平面运动的队伍参数在时频域和频域。

基于前面的介绍,在这个工作方向的概念推导复值信号定义和使用调查支持轴颈轴承转子系统的振动是影响油膜不稳定。论文的结构组织如下。节2,这个理论应对第一个和第二个订单比较了实值的信号。此外,介绍了定向维格纳分布。随后,该方向进行比较。节3,介绍了试验台的实验和结果分析比较和讨论使用方向推导,定向时间频率分布,分别和常规进行比较。节4,总结讨论和结论。

2。方向进行比较

2.1。实值信号进行比较

由于推导可以显示在任何订单统计由非线性操作的程度决定的,有各种统计参数说明时间,频率,循环频率域(10]。第一和第二顺序比较首先回顾了简单但不失准确性。

周期平稳信号的平均值(循环的意思是厘米)被定义为 在哪里信号的循环频率,准备好了吗包含所有循环频率。是均值算子。

然后循环自相关(CR)代表的能量信号可以被定义

通过CR的傅里叶变换对时间滞后、谱相关密度(SCD)是由

最后通过改变循环频率回到时域能量谱(西弗吉尼亚州)可以获得的

2.2。定向维格纳分布

李和汉14,15)开发了一种定向维格纳分布(DWD)用复数信号代替实值信号,可以描述系统的瞬时平面运动。在他们的工作,信号和从水平和垂直距离探测器获得组合: 在哪里和分别表示向前和向后,转子中心线的队伍。

的和是由 在哪里的希尔伯特变换吗。

然后auto-DWD中定义 在哪里和,分别向前和向后条款和是圆形的旋转频率。

cross-DWD给出的

此外,全谱(FS),另一个轴轨道信号分析方法,是由Southwick [11,12中定义的),

2.3。提出了复数信号的方向进行比较

源于实信号进行比较,在这工作的方向推导复值振动信号是根据前面介绍的原则开发定向维格纳分布。该方法不仅可以应用特征的隐含周期的研究由轴颈轴承支持系统振动辐射还确定队伍时频平面运动的方向性分析结合复数振动信号。

定向循环均值(DCM)可以被定义在(10)根据(1)和(7): 在哪里和,分别向前和向后。DCM能够识别周期引发的组件意味着行为的信号。

autodirectional循环自相关(DCR)中定义的(11)根据(2)和(7): 在哪里和,分别向前和向后。

在cross-directional循环自相关(12)根据(2)和(8):

汽车和cross-directional循环自相关系数可以表示信号的能量。

随后,采取的傅里叶变换autodirectional循环自相关的滞后生产汽车方向谱相关密度函数(DSCD),由(13)根据(3)和(7): 在特定的情况下,当循环频率,(13)成为信号的功率谱。

cross-directional谱相关密度函数是由(14)根据(3)和(8):

汽车和cross-directional谱相关密度函数实际上描述的密度的相关性两个谱组件间隔分开在中心频率。

的频率在传统的能量频谱并不代表振动响应的周期性循环频率,消极成分的频率将是没有意义的。因此,通过改变循环频率变量时间域,没有变量物理意义,这意味着定向能量谱不存在。

指出,所有的重要符号命名部分中列出的方程。

3所示。实验

3.1。实验装置和数据描述

在这部作品中,实验是进行调查支持的不对称的轴颈轴承转子系统的动力学试验装置见图1。实验设置由一个刚性圆柱轴由两个圆柱轴承、杂志上的支承轴颈轴承驱动电动机和一个油膜附近的右端轴颈轴承的左端模拟油膜不稳定的缺点。两个光盘安装在轴上,在两者之间的中腔轴承和其他附近的油膜轴承。两对加速度计用于测量基座平移振动,与一对安装在两个轴承基座的舷外。此外,两个距离传感器安装盘中心的右边,记录的横向振动转子位置。

为了模拟旋转油和油膜振荡现象,流体润滑的转子旋转圆柱轴承是轻的负载不平衡质量》杂志上。当轴旋转旋转速度慢,观察到稳定的同步振动振幅较低。增加转速,系统达到第一共振与重要的在第一个固有频率振动振幅。然后振动共振后恢复正常。在更高的速度,油旋转出现更高的振动。此外,石油的特征频率旋转(旋转频率的一半左右)可以观察到。当转速接近双共振速度、油旋转模式变成了油膜振荡的特征频率剩余的第一个系统的固有频率。此外,转子的振幅下油膜振荡变得高于石油旋转。轴颈轴承的振动信号在图列出支持的系统在启动过程2。结果在不同的旋转速度与各种人为模拟缺陷表中列出1。

3.2。振动信号分析

轴和底座的振动响应当系统在转速为5500 rpm, 6200 rpm是调查使用方向推导,定向时间频率分布,分别和常规进行比较。为了方便计算,第一个8192样品的原始信号及其功率谱与采样频率被选中,如图3,4,5,6。

3.2.1之上。定向推导的复值信号

首先,在这工作,定向的复数的振动信号的周期平稳参数转子-轴承系统派生帮助提取隐藏的周期性的非平稳特征,以及调查瞬时平面运动。

在图7积极(消极的)水平轴代表一阶进行比较,即向前(向后)的循环的意思是,向量的转子横向振动。在图7(一)来自转子振动在5500 rpm,石油旋转频率和旋转频率石油及其价值调制的旋转频率可以明确确定。图7 (b)描述转子振动在6200 rpm只显示了油膜振荡频率但忽略了旋转频率。然而,数据7 (c)和7 (d)来自基座振动频率提供更丰富的信息。谐波旋转频率占据了水平轴图7 (d)在6200 rpm基座的振动。此外,旋转频率的谐波油膜振荡调制的频率也清楚。此外,发达定向循环意味着可以帮助确定瞬时转子中心线的行进方向。与或将落后的或相反的方向,转子旋转的方向。

在图8积极(消极的)水平轴给二阶进行比较,即循环自相关,向前(向后)向量的轴和底座的横向振动。可以看出,石油旋转的旋转调频频率(油膜振荡频率)定期出现在DCR情节来自转子或基座振动系统运行时5500 rpm (6200 rpm),而单一的旋转频率的谐波一直都是一样的。此外,转子中心线的瞬时队伍方向可以确定通过比较积极和消极的颜色值代表轨道的半径。

定义在[10],可数的SCD情节由非零分显示一级进行比较,而SCD平行线组成的情节表现出二阶进行比较。在图9的SCD情节基座振动信号明确表示,相关的密度不断变化沿着几个频率循环频率平面上的直线。因此,可以推断,石油引起的振动的情况下旋转或油膜振荡更适合被视为第二个订单进行比较。此外,DSCD块基座振动更适合解释此案引起石油旋转或油膜振荡的转子振动。此外,DSCD情节也可以帮助确定队伍方向通过比较的振幅密度相关的积极和消极的循环旋转频率。

3.2.2。定向维格纳分布

随后,定向的复数信号的时频分布来源于《华尔街日报》的横向振动轴承转子系统给出了图的支持10进行比较。

见图10 ()来自转子位移系统运行5500 rpm时,轨道半径的时候比这更大的什么时候。与,瞬时转子进动方向的中心线将落后。随着油膜振荡频率分量在整个频带图10 (b)转子振动的旋转频率分量不能清楚地看到。然而,在数据10 (c)和10 (d)来自基座振动,旋转频率油膜振荡频率和调制频率谐波组成的和清晰可见。此外,它还可以看出石油旋转的旋转频率调制或油膜振荡出现周期性地与时间单旋转频率的谐波存在随着时间的变化。

通过进一步比较定向维格纳分布定义为(7)(8)和定义的定向循环自相关(11)(12),有趣的是发现其实定向维格纳分布可以被解释为二阶方向进行比较(定向循环自相关)描述系统的随机行为。此外,它是发现全谱可以理解为一阶方向进行比较(定向循环的意思)通过比较(9)和(10),如图11和7。

3.2.3。推导的实值信号

出于完整性的考虑,实值信号的统计特征参数推导的轴颈轴承支撑系统也从数据说明12,13,14,15,16,17,18,19。可以找到类似的结论定向推导的情节除了信息队伍平面运动的方向性。

与传统的能量相比,能量谱降低干扰的影响方面表现出信号能量的流动在时间和频率域(10]。在图18,只有西弗吉尼亚州的数字(18日)和18 (b)来自转子振动能够清楚地描述了石油引起的周期性旋转的错。在图19转子振动的西弗吉尼亚州情节和基座振动明显表现出周期性现象对油膜振荡的错。

4所示。讨论和结论

在本文的工作中,振动信号的特点获得了转子和转子系统的基座由轴颈轴承。试验台的实验模拟转子系统的操作状态遭受石油旋转和油膜振荡。

定向周期平稳的参数,如定向循环的意思是,定向循环自相关,和方向谱相关密度定义和利用分析的复数侧转子系统的振动信号。该方法能够识别旋转油或油膜振荡故障。此外,平面运动的队伍指向性的信息也可以获得。此外,发现全谱实际上可以理解为一阶方向进行比较和定向维格纳分布的二阶方向进行比较。因此发达定向推导集成传统比较优势和定向维格纳分布。

命名法

:	循环的意思是在
:	循环自相关的
:	谱相关密度
:	的能量谱
:	循环频率
:	时间间隔
:	当振动信号
:	实值的振动信号方向
:	实值的振动信号方向
:	向前复值振动信号
:	落后的复数的振动信号
:	Autodirectional维格纳分布
:	Cross-directional维格纳分布
:	全谱在
:	定向循环的意思是在
:	Autodirectional循环自相关的
:	Cross-directional循环自相关的
:	Autodirectional谱相关密度函数
:	Cross-directional谱相关密度函数。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是支持的基础研究基金为中央大学(没有。CDJZR12115501)。

引用

1. a . Muszynska“旋转和whip-Rotor /轴承稳定性问题,”杂志的声音和振动,卷110,不。3、443 - 462年,1986页。视图:谷歌学术搜索
2. a . Muszynska“稳定的旋转和鞭子在转子轴承系统,”杂志的声音和振动,卷127,不。1,49 - 64年,1988页。视图:谷歌学术搜索
3. a . Moosavian h·艾哈迈迪,a . Tabatabaeefar和m . Khazaee”的比较两个分类器;再和人工神经网络,主机轴颈轴承故障诊断,”冲击和振动,20卷,不。2、263 - 272年,2013页。视图:谷歌学术搜索
4. 陈j .应、焦y和z,“斜垫bearing-rotor期刊系统的非线性动力学分析,“冲击和振动,18卷,不。1 - 2,45-52,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t·w·钻石,p . n . Sheth p·e·阿莱尔和m .他”识别方法和测试结果为倾斜垫和固定几何轴颈轴承动态系数a的审查,”冲击和振动,16卷,不。1,13-43,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. a . Zanarini和a . Cavallini”经历和流体膜轴承转子动力学,”埃托雷•Funaioli学报别墅Giornata di工作室民国政府,博洛尼亚,意大利,2011年。视图:谷歌学术搜索
7. w·a·加德纳,a·纳波利塔诺和l . Paura”进行比较:半个世纪的研究,“信号处理,卷86,不。4、639 - 697年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. e . Serpedin f . Panduru i纱丽,g . b . Giannakis”书目进行比较。”信号处理,卷85,不。12日,第2303 - 2233页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. a·c·麦考密克和a . k .南帝”,在旋转机械振动,推导”机械系统和信号处理,12卷,不。2、225 - 242年,1998页。视图:谷歌学术搜索
10. 例子,j·安东尼,“比较”机械系统和信号处理,23卷,不。4、987 - 1036年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. d . Southwick“使用全谱图”,轨道19 - 21,14卷,页,1993。视图:谷歌学术搜索
12. d . Southwick”,使用全谱plots-part 2。”轨道15卷,第11 - 15,1994页。视图:谷歌学术搜索
13. C.-W。李,Y.-S。汉族,j。公园”,使用定向光谱检测发动机汽缸的权力的错,”冲击和振动,4卷,不。5 - 6,391 - 401年,1997页。视图:谷歌学术搜索
14. c·w·李和Y.-S。韩寒,“定向维格纳分布及其应用”,杂志的声音和振动,卷216,不。4、585 - 600年,1998页。视图:谷歌学术搜索
15. Y.-S。汉和C.-W。李,“定向维格纳分布顺序分析旋转/往复式机器,”机械系统和信号处理,13卷,不。5,723 - 738年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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