热连轧机自激振动诊断与振动机理分析

描述了热连轧机的现场多点振动测试方法，利用振动信号的功率谱分析和小波包分析等现代信号分析技术，深入研究了轧机自激振动机理并诊断了振源位置。分析结果表明，研究对象的轧机压下系统位移传感器定尺支座结构是引起系统不稳定的敏感部位。该结构参数不合理，是导致压下系统反馈信号严重失真,诱发轧机工作机座自激振动的根源。分析结果和诊断结论对于制定合理的结构动力学修改策略，消除轧机自激振动具有重要的意义。     

冷连轧机组耦合振动模型及影响因素分析

针对板带轧制过程轧机出现的垂直振动问题,分析轧机液压与机械系统耦合作用,建立4自由度轧机机-液耦合振动模型.研究前后张应力、压下制度和摩擦因数对轧机振动过程中轧制力的影响,构建轧机振动轧制力增量模型.基于振动系统正负阻尼对轧机振动的稳定性影响,提出用于表征轧机振动发生概率的振动系数指标与轧机稳定判别模型.同时选取现场典型规格产品为例,分析出轧制速度、压下制度、平均张力、乳化液流量、乳化液浓度和乳化液温度等关键工艺参数对振动系数的影响规律,并编制轧机振动系数计算软件,将其应用到某厂五机架冷连轧机组,验证了本文提出的振动判别模型的有效性.     

基于时频分析的雨刮直流电机故障分析

分别采用短时傅里叶变换和小波变换对雨刮直流电机的轴承异响和蜗轮蜗杆异响故障的振动和噪声信号进行了分析,得出了这两类故障的时频特性,为特征参数提取和实现故障诊断提供了直接依据。通过对比,初步验证了短时傅里叶分析和小波分析的正确性与适用性,发现小波分析更具有优势。     

基于短时傅里叶变换的风机叶片裂纹损伤检测

风机叶片由于材料复杂性和结构不对称性,其振动信号表现出时变特点.将短时傅里叶变换(STFT)应用于风机叶片裂纹检测中,基于仿真信号以验证短时傅里叶变换处理时变信号的可行性,然后运用短时傅里叶变换分析叶片在健康状态及不同裂纹损伤状态下自由衰减振动信号及其变化规律,为叶片裂纹检测提供一种合理方法.     

热连轧机位移传感器结构的试验模态分析

辊缝位移传感器是轧机压下控制系统(Automatic gauge control,AGC)的关键元件,也是轧机AGC控制系统的反馈环节之一。辊缝位移反馈信号受传感器结构动态特性的强烈影响,传感器结构设计不合理甚至危及轧制过程的稳定性。模态参数可以完整地描述结构的动态特性,在结构动态设计和结构动力学修改阶段,必须进行有效的动态特性分析。采用单点激励、多点加速度响应拾振,对热连轧机辊缝位移传感器的外壳和位移传递杆结构进行了振动测试。以试验模态分析理论为基础,使用最小二乘复指数法(Least square complex exponent, LSCE),提取传感器结构的模态参数。分析结果表明,传感器外壳的垂直振动模态频率与热连轧机架的垂直振动模态频率接近,会对轧机工作机座的振动形成耦合,其动态特性对轧制过程的稳定性有严重危害。这些分析结果对建立轧机压下控制系统仿真模型以及进行结构动力学修改都具有重要意义。     

基于振动信号的机械密封金属波纹管疲劳分析*

针对"S"型金属焊接波纹管振动疲劳失效问题,采集相关工况下的振动信号,使用短时傅里叶变换编辑信号的方法识别损伤区间,并在区间端点等距插值拼接信号,得到用于零件疲劳分析的编辑信号。对原始信号和编辑后的信号用雨流计数法统计损伤循环次数,并求出信号的平均能量;将编辑信号加载至波纹管,通过仿真计算进一步验证,得到了编辑信号与原始信号影响下波纹管的疲劳损伤分布云图;并分析不同转速下,振动信号不同应力范围的能量循环次数。结果表明:通过信号缩减得到的编辑信号有效地保留了损伤片段并且缩减了信号的长度,表明基于短时傅里叶变换的缩减信号方法可以有效地缩短疲劳实验的时间,加速研发周期;低转速时波纹管径向应力较大、循环次数较高,更容易发生振动疲劳。     

热连轧机机电液耦合振动控制

全世界薄板坯连铸连轧机在轧制薄规格带钢时都出现不同程度的严重振动现象,导致带钢和轧辊生成明显振痕,从而影响企业的产品质量、外部形象和经济效益。利用自制综合遥测系统对轧机振动参数、力能参数、电参数和工艺参数等进行全面的现场综合测试,经过对测试信号的时域分析和频域分析获得振动的特征及规律;通过理论研究和仿真研究,发现轧机确实存在扭垂耦合振动、机电耦合振动和液机耦合振动现象,确定轧机振动的性质为机电液多态耦合振动。据此对电气传动控制系统和AGC系统进行参数修改和优化,将设计的二阶扭振抑制器应用在主传动控制系统中和对AGC参数进行优化,辊系振动明显降低,有效地抑制了轧机机电液耦合振动现象,取得了显著的经济效益和社会效益。     

轨道交通扣件系统时频特性测试与分析

为了得到安装在不同扣件系统下钢轨的振动特性,室内以WJ 7型扣件为样品,采用力锤激振法对其进行动力测试。基于MATLAB软件信号分析处理平台,利用线性短时傅里叶变换,非线性Page变换和Zhao Atlas Marks变换对振动信号的时频特性进行对比分析。研究结果表明：钢轨轨脚振动主要集中在中高频,其中在2 250 Hz振动能量最大,且持续时间最长;短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,简称STFT)具有较高的时间和频率分辨率,可以将轨脚的时域、频域和时频域的固有属性一一对应起来;非线性Page时频分析在能量较高的高频段具有较好的分辨率,而在低频段显得无能为力;非线性Zhao-Atlas-Marks分布时频分析在低频段效果较好,在高频段不是很理想。该分析结果可为轨道结构的振动噪声控制提供依据。     

直升机振动检测通用算法的研究与实现

针对国内现有振动检测设备在直升机振动噪声测量领域的可靠性影响到维护效率及急待提高国内直升机振动检测设备性能问题,首先,对多种直升机振动噪声进行了研究与分析;其次,针对直升机噪声的复杂性详细阐述了信号的预处理方法;最后,提出了适合直升机振动噪声自适应整周期采样时域同步平均-短时傅里叶变换方法。现场验证比较结果表明,整周期采样时域同步平均-短时傅里叶变换测量方法在直升机振动测量中优于其他振动算法,自适应调整能力强,信号的优劣程度对测量结果影响小,分析更加准确,实时性得到了改善。此方法同样适用于其他转子振动测量领域。     

6205-2RS轴承内圈故障特征时频分析

分析6205-2RS轴承内圈故障时变信号,提取故障特征。通过对短时傅里叶变换与Wigner-Ville分布数值仿真实验比较,明确了短时傅里叶变换与Wigner-Ville分布的时频分析优缺点。针对非平稳轴承振动信号,利用短时傅里叶变换,结合Wigner-Ville分布进行了故障特征提取。通过提高短时傅里叶变换汉明窗点数,结合Wigner-Ville分布参数调整与轴承部件的旋转频率计算,给出了6205-2RS轴承内圈故障特征结果。该方法能较准确地诊断轴承内圈的故障现象。     

航空发动机振动数据稀疏傅里叶变换分析

稀疏傅里叶变换是近年来新兴的一种基于信号稀疏特性的频谱分析方法,稀疏傅里叶变换通过识别舍弃对分析结果无影响的频率信号,从而对大数据进行快速准确的处理。为了探究稀疏傅里叶变换在航空发动机振动数据分析中的实用性,结合实际飞行试验振动数据,将稀疏傅里叶变换方法与传统快速傅里叶变换方法在频谱特性、运行时间、算法稳定性等方面进行了研究,通过对比可以发现,稀疏傅里叶变换算法在保证准确率的情况下,可以极大地提高振动数据分析的效率。     

热连轧机垂直振动的建模与仿真

针对某钢厂热连轧机在轧制过程中出现的异常振动现象，采用理论分析和试验模态分析，建立了一种较全面的分析热连轧机垂直振动的动态仿真模型。通过计算机仿真并与实际结合，得出轧机异常振动是由于传感器连接杆和传感器壳体的不合理相对运动耦合的结论。最后对传感器壳体进行结构动力学修改，修改后，消除了异常振动，解决了该热连轧机的自激振动。     

基于短时傅里叶变换的汽车零部件耐久性载荷信号编辑方法

为了保证汽车零部件耐久性试验能够真实复现零件的服役载荷,并将试验场所测得的实际载荷-时间历程信号编辑成有效的缩减载荷信号,提出基于短时傅里叶变换的汽车零部件载荷信号编辑方法。对零件载荷信号进行短时傅里叶变换,得到该载荷信号的累积功率谱密度。利用累积功率谱密度来识别并提取损伤贡献大的片段,得到零件的缩减载荷信号。以汽车动力总成后拉杆悬置载荷-时间历程信号为例,采用基于短时傅里叶变换和基于损伤保留两种方法来编辑载荷信号。结果表明,在伪损伤保持一致的前提下,相比基于损伤保留方法,基于短时傅里叶变换方法得到的缩减载荷信号时间长度更短,且在统计参数(均值、方均根与峰度系数)和信号幅值域等方面均与原始载荷信号一致性更高。应用该缩减载荷信号建立汽车动力总成后拉杆悬置的耐久性台架试验,验证该套方法的有效性。     

基于ITD和短时傅里叶变换的故障诊断方法

根据固有时间尺度分解和短时傅里叶变换方法的优点,提出固有时间尺度分解和短时傅里叶变换相结合的故障诊断方法。采用ITD方法故障信号分解为若干个固有旋转分量和一个单调趋势项,提取特征信号并确定故障;运用短时傅里叶变换方法对分解的PR分量进行时频分析得到特性频率并进行相关预判断。以齿轮箱为试验对象进行诊断,结果表明,该方法可以有效地提取故障特征信号,并对隐藏的信号进行提取,实现有效诊断故障和预防故障发生。     

铁路罐车流固耦合模型振动特性实验研究

为研究流固耦合运动对铁路罐车振动的影响,以G J70型液碱罐车的1∶5罐车模型进行纵向冲击实验.通过加速度传感器采集罐车在空载、装50％水、装75％水和装95％水4种工况下的罐体的横向加速度、车架的纵向加速度信号及罐体的垂向加速度信号,计算加速度信号的均值与均方根值,利用傅里叶变换对加速度信号进行频谱分析识别振动频率.经过对比分析表明,在流固耦合作用下的铁路罐车振动在各个方向上均产生明显变化,充液工况下具有更多的振动频率,且不同充液比下的振动频率也略有差异.     

摩擦振动的时频特性

采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT)和Zhao-Atlas-Marks分布(ZAMD)这两种时频分析技术对往复滑动条件下的摩擦振动时频特性进行研究。用例子探讨了这两种时频分析技术的特点,联合采用STFT 和ZAMD方法可得到较高的时频分辨率。对摩擦振动信号的时频特性研究表明,摩擦振动的频率从其初始形成到消失的全过程中基本没有发生变化,这个特性显示在摩擦振动的形成和消失过程中没有遇到结构非线性因素。还讨论了时频不变特性的物理意义,指出用模态耦合理论不能满意地解释摩擦振动有限和消失现象。     

CSP轧机振动的振源研究

针对某厂CSP热连轧机F2和F3机架出现严重的振动问题,为掌握轧机的振动规律并确定振源,首先对振动严重的F2和F3机架进行了现场测试,发现轧机具有4种振动形式。在分析了轧机固有特性以及轧机机械传动系统中潜在致振频率的基础上,确定了这4种振动形式的振动规律和振源,它们分别是轧制界面自激振动引起的固有频率振动、驱动端引起的强迫振动、齿轮座啮合引起的强迫振动、辊面振纹引起的振纹振动。研究发现,F2和F3振动时所表现出的频率虽有不同,但两架轧机的振动内在规律和振源却是相同的,而且在振动形式上表现出较为复杂的耦合振动。     

双动力源驱动下的热连轧机振动特征

对现场监测信号进行分析,发现热连轧机存在扭振和垂振的耦合振动现象,其振动特征受双动力源作用的影响。建立热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型,用Matlab编程进行仿真研究得知：主传动系统扭振和液压压下系统垂振能同时传递给工作辊而影响其振动特征;改变轧制力波动量和扭矩波动量之间的相位角,水平振动和垂直振动也随之发生较大变化;进一步改变轧制力、电机扭矩波动幅值大小时,辊系振动出现分岔和混沌等特性,随着外激励幅值的变化,辊系将表现出周期、倍周期和混沌等不同振动状态。仿真和实测结果相吻合,证明热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型的正确性。     

利用振动频谱预测刀具磨损量

采用振动传感器采集刀具车削时的信号,对振动信号进行短时傅里叶变换,将频谱集中区域(0~6250)Hz内的频率幅值直接输入到BP神经网络中进行训练,使神经网络建立振动信号频谱与刀具磨损量之间的映射关系,从而实现刀具磨损监测。人工提取的特征值一般数量较少,往往不能全面细致地刻画信号的特点,而该方法则充分发掘了神经网络强大的学习能力,具有方法简单、识别精度高、稳定性好的优点。实验结果表明,该方法可以快速准确地预测刀具磨损量。     

基于Stockwell变换的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承产生磨损时振动信号表现出非平稳的特点,采用继承短时傅里叶变换和小波变换优良性质的Stockwell变换特征提取方法。为解决Stockwell变换后得到的二维矩阵阶数过高问题,采用奇异值分解方法对结果进行降维,并进一步矢量化,然后构成特征矩阵。将特征矩阵分别输出至多分类支持向量机、神经网络和近邻算法模型进行训练。对比测试结果,表明多分类支持向量机在准确率和识别速度上均有优势,从而证明基于Stockwell变换的滚动轴承故障诊断方法的有效性。