[发明专利]变转速下门座式起重机起升机构故障特征提取方法

说明书

本发明涉及一种变转速下门座式起重机起升机构故障特征提取方法。该方法首先采集门座式起重机起升机构变转速下的原始振动信号，根据起升机构转速，对原始振动信号进行低通滤波和降采样，再利用时频分析法对降采样后的振动信号分析，得到其时间频率云图，然后通过频率脊提取方法提取瞬时转频，通过多项式拟合得到估计的瞬时转频曲线，根据估计的瞬时转速曲线对原始振动信号进行等角度采样，利用等角度采样之后振动信号做阶比分析，得到阶比谱，根据阶比谱判断门座式起重机起升机构是否发生故障。本发明解决了现有变转速下门座式起重机起升机构难以提取故障特征的问题。

技术领域

本发明属于港口设备门座式起重机故障诊断技术领域，特别是涉及一种变转速下门座式起重机起升机构故障特征提取方法。

背景技术

门座式起重机起升机构，又叫“提升机构”，是门座式起重机必备的、对物品进行升降运作的基本构成。起升机构由起升电机通过联轴器经减速器空心轴驱动卷筒旋转，从而使绕在卷筒上的钢丝绳/缆线带动吊钩装置上升或下降。起升机构工作的好坏将直接影响整台起重机的工作性能。。

门座式起重机起升机构常工作在变转速工况下，起升机构在非平稳变速状态下，配合件间特别是因磨损而间隙增大处产生较大的瞬态冲击力，易于引起结构共振而暴露故障，变速运行过程包含有比稳速运行过程更为丰富的振动特征信息,测取此阶段的信号并进行分析对于揭示机器的工作状态，进行状态监测和故障诊断非常有用。

然而，目前对于振动信号诊断技术多以其稳速运行过程的振动特征分析和故障诊断为主，由于旋转机械变速运行过程中振动信号的幅值和频率同时具有时变性,传统的方法一般不易对其实现故障特征的有效提取和故障辨识。

阶比分析近年来越来越多地被用到分析变转速机械故障中，其基本原理是将频率变化的非稳态信号通过等角度重采样转换成稳态信号，从而能够使用处理稳态信号的方法进行分析。目前国内外的阶比分析技术分为三种：采用鉴相装置的硬件式阶比跟踪、计算阶比追踪(COT)和基于瞬时频率估计旋转机械阶比追踪。鉴相装置的硬件阶比追踪又分为基于光电脉冲角度编码盘的阶比追踪、采用转速计的阶比追踪，但是应用在实际工程中不但不方便而且成本也高。计算阶比追踪虽然比硬件式阶比追踪方便不需要特定的装置，但是同样摆脱不了转速计的局限性。

近年来，针对这些局限性众多学者提出了基于瞬时频率估计的旋转机械阶比追踪法，这种方法关键步骤是对瞬时频率的提取，常用的几种瞬时频率估计的算法有：短时傅里叶变换(STFT)、Wigner-Ville distribution(WVD)、小波变换(WT)等。但是由于STFT的时频分辨率不高，在处理噪声较大的信号时可能影响瞬时频率的准确度，WVD由于有交叉项的存在，所以用在瞬时频率的提取是有些困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变转速下门座式起重机起升机构故障特征提取方法，该方法利用时频分析方法对降采样之后的振动信号进行时间频率云图估计，得到其瞬时转速曲线，克服了现有方法瞬时转速曲线估计不准确的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变转速下门座式起重机起升机构故障特征提取方法，包括以下步骤：

1)以采样频率f_s对变转速下门座式起重机起升机构的原始振动信号进行等时间间隔采集，以f_c＝2×r/60为截止频率对原始振动信号进行低通滤波，然后再进行降采样，r为门座式起重机起升机构的转速；

2)对降采样之后的信号进行时频分析，得到时间频率云图，并利用多项式拟合方法估计出门座式起重机起升机构的瞬时转速曲线；

3)利用瞬时转速曲线得到鉴相时标，根据鉴相时标对原始振动信号进行等角度采样，得到等角度采样下的振动信号；

4)对等角度采样下的振动信号进行阶比分析，得到阶比谱，根据阶比谱判断门座式起重机起升机构是否发生故障。