基于振动信号的故障特征提取方法探究

通常，振动信号是表征液压产品和系统最敏感的征兆参数^[7，8]。旋转机械（如液压泵、轴承、液压马达等）在运行中处于小间隙约束下的动态平衡状态。旋转机械响应（振幅、频率、相位等）产生于外因（力或位移）和内因（系统动力特征刚度、阻尼、质量分布变化等）。振动故障诊断就是由响应（征兆参数）探求故障原因（外因激励或内因刚度、阻尼、质量分布变化）的逆过程，故障特征提取方法如图3-1所示。

图3-1 故障特征提取方法

由振动理论可知，一个N自由度系统受激励时，其运动微分方程为

在工程实际中，造成旋转机械振动的干扰力或位移大部分与其转速有关，并且是周期性的。为了简化，假设激励力是频率为ω的谐振力，即

则系统稳定时的形式为

代入式（3-1）后得到(www.xing528.com)

式中，[z（ω）]=[k]-ω²[m]+jω[c]为系统的特征矩阵。则有

显然，振动激励、响应和系统动力特性的关系如图3-2所示。

在工程上，常采用响应（振幅、频率、相位）进行检测和信号处理来提取特征参数。从上述关系式可以看出，振动故障特征频率作为响应的特征之一，与激励和系统动力学特性两者均有因果关系。机械振动故障诊断是由果到因的逆过程，征兆参数与故障原因并非是一一对应关系，而是多果（征兆参数）和多因（故障原因）的复杂对应关系。

图3-2 振动激励、响应和系统动力特性的关系

故障诊断就是基于故障征兆谱中的某个特征来推断原因谱中的某个或某几个可能产生故障的原因。由于存在同故障征兆和同征兆故障的现象，因此故障诊断是一个十分复杂的过程。探求好的诊断方法至少要深刻剖析故障机理和研究相应的故障信息提取技术，从而有的放矢地找到故障的原因和部位。