一种脱粒滚筒轴承振动故障分析方法及系统和联合收割机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113945380A(43)申请公布日2022.01.18(21)申请号202111121470.X(22)申请日2021.09.24(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人顾新阳张彪唐忠任辉刘鑫(51)Int.Cl.G01M13/045(2019.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种脱粒滚筒轴承振动故障分析方法及系统和联合收割机(57)摘要本发明提供一种脱粒滚筒轴承振动故障分析方法及系统和联合收割机，当数据采集系统检测到脱粒滚筒转速波动后，将振动信号传输给数据处理系统，数据处理系统对接收到的振动信号进行处理并提取故障信息，对故障信号进行分析判断，根据信号特征定位冲击或故障的位置是发生在脱粒滚筒还是除了脱粒滚筒的其余部件，并将故障信号数据存储在存储器内，同时故障警示平台根据信号处理系统的结果进行显示和报警。本发明针对脱粒滚筒的轴承运行状态检测，数据采集方便，将振动信号中的已知的确定性成分信号和随机冲击信号分解，消除无关因素对故障监测造成的干扰，对信号进行有效地降噪分析处理，准确地定位故障位置。CN113945380ACN113945380A权利要求书1/3页1.一种脱粒滚筒轴承振动信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、变转速工况下脱粒滚筒轴承振动信号成分分析：通过数据采集系统(6)采集脱粒滚筒变转速运行工况下的原始振动信号，与故障无关的振动信息为确定性成分信号，与故障相关的旋转部件振动信息为随机冲击成分信号，以及外部噪声干扰成分信号，所述数据采集系统(6)检测到脱粒滚筒转速波动后，将原始振动信号传输给数据处理系统(7)，步骤S2、解析原始振动信号：通过数据处理系统(7)滤除原始振动信号中的外部噪声干扰成分；步骤S3、求解确定性成分信号和随机冲击成分信号的Hilbert变换：通过数据处理系统(7)利用Hilbert变换解析振动信号，再求解出确定性成分信号和随机冲击成分信号；步骤S4、建立轴承外圈和内圈振动模型：包括轴承外圈振动模型和轴承内圈振动模型；步骤S5、故障判断及定位：通过数据处理系统(7)进行故障判断及定位，若求解的随机冲击成分信号与建立的轴承内圈振动模型的幅频特性相同，则存储随机冲击成分信号，故障警示平台(8)显示脱粒滚筒工况异常并进行故障报警；若求解的随机冲击成分信号与建立的轴承外圈振动模型的幅频特性相同，则存储随机冲击成分信号，故障警示平台(8)显示其余部件工况异常，并进行故障报警。2.根据权利要求1所述的脱粒滚筒轴承振动信号分析方法，其特征在于，所述变转速工况下脱粒滚筒轴承振动信号的主要成分分析的步骤中采集的原始振动信号表示为：X(t)＝D(t)+R(t)+n(t)式中：X(t)为采集的原始振动信号；D(t)为确定性成分信号；R(t)为随机冲击成分信号；n(t)为外部噪声干扰成分信号；t为振动信号域时间。3.根据权利要求2所述的脱粒滚筒轴承振动信号分析方法，其特征在于，所述解析振动信号的步骤中滤除外部噪声干扰成分的振动信号解析形式表示为Y(t)：X(t)′＝D(t)+R(t)式中：X(t)′为滤除外部噪声干扰成分的振动信号；j为虚数单位；为信号X(t)′的Hilbert变换；解析信号的平方包络表示为：式中：为确定性成分信号D(t)的Hilbert变换；为随机冲击成分信号R(t)的Hilbert变换。4.根据权利要求3所述的脱粒滚筒轴承振动信号分析方法，其特征在于，所述求解确定2CN113945380A权利要求书2/3页性成分信号和随机冲击成分信号的Hilbert变换的步骤中，确定性成分信号D(t)和随机冲击成分信号R(t)的Hilbert变换表示为：式中：H[D(t)]表示D(t)的Hilbert变换算子；H[R(t)]表示R(t)的Hilbert变换算子；符号*表示卷积运算；B为确定性成分信号的谐波总数；Ab为第b个确定性成分信号谐波分量的幅值；fb为确定性成分信号的基频；fr(t)为固有共振频率；θb为确定性成分振动信号初始相位；M为随机冲击成分信号的谐波总数；Am为第m个随机冲击成分信号谐波分量的幅值；β为阻尼系数；tm为第m个冲击成分发生的时刻；fm为确定性成分信号的基频；θm为随机冲击振动信号初始相位。5.根据权利要求1所述的脱粒滚筒轴承振动信号分析方法，其特征在于，所述建立轴承外圈和内圈振动模型的步骤中，所述轴承外圈振动模型表示为：所述轴承内圈振动模型表示为：式中：xout(t)为轴承外圈振动模型；Am，out为第m个外圈振动成分对应的幅值；fr为轴转动频率；u(t‑tm)为t‑tm时刻的单位阶跃函数；xin(t)为轴承内圈振动模型；Am，in为第