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EMD包络谱故障分析.doc

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基于 EMD 的包络谱进行故障诊断故障频率介绍:轴承故障的频率 f=a*fr(a 是上表系数,fr 是电机转数)正常信号对正常信号分别观察原始信号和频谱,原始信号的包络,EMD 分解,EMD 分解后的 IMF 分频谱和包络。原始信号及频谱0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-2-1012 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.050.10.150.2 信 信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.4-0.200.20.4 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.040.06X: 358.9Y: 0.01467信 信 信 信 信 信X: 164.8Y: 0.01828X: 1036Y: 0.0564X: 2102Y: 0.02123从时域图中可以看到较为明显的周期性冲击,但是故障特征不明显。在频谱当中,亦存在较为明显的边频带以及很多共振频率,这些冲击大都是电机转数的倍频。原始信号的包络0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.020.030.04 信 信 信 信 信 信 信0 100 200 300 400 500 60000.010.020.030.04X: 30.03Y: 0.03113 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信X: 60.06Y: 0.01448求信号的包络谱,明显看出转速及其二倍频。EMD 分解0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF1信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF2信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF3信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF4信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.100.1IMF5信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.0500.05IMF6信 信 信 信 信IMF 分量的频谱0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.05 IMF1信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.02IMF2信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF3信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.02IMF4信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF5信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF6信 信IMF 分量的包络0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.05 IMF1信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02IMF2信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF3信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02IMF4信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF5信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100005x 10-3 IMF6信 信 信从上图可以看出,也有电机转速的及其倍频处的冲击。内圈故障(f=5.4152*1797/60=162.1852Hz)对故障分别观察原始信号和频谱,原始信号的包络,EMD 分解,EMD 分解后的 IMF 分频谱和包络。原始信号及频谱0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-2-1012 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.050.10.150.2 信 信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-2-1012 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.050.10.150.2 信 信 信 信 信 信从时域图中可以看到较为明显的周期性冲击,但是故障特征不明显。在频谱当中,亦存在较为明显的边频带以及很多共振频率,因此仅通过时域波形和频谱无法得到故障信息。原始信号的包络0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.050.10.150.2X: 101.8Y: 0.08266信 信 信 信 信 信 信X: 161.9Y: 0.18790 100 200 300 400 500 60000.050.10.150.2X: 161.9Y: 0.1879信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信X: 101.8Y: 0.08266X: 60.06Y: 0.08009求取故障信号的包络谱,可以显示 161.9Hz(接近 162HZ) 的故障频率,但是也被埋藏在其他的频率中,不能确定就是内圈故障。EMD 分解0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-202IMF1信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-101IMF2信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.500.5IMF3信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.500.5IMF1信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.100.1IMF2信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.0500.05IMF3信 信 信 信 信IMF 分量的频谱0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.10.2IMF1信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.05 IMF2信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.04IMF3信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.05 IMF1信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF2信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF3信 信IMF 分量的包络0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.10.2 X: 161.9Y: 0.1839IMF1信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.050.1 X: 161.9Y: 0.06946IMF2信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.020.04 X: 161.9Y: 0.03403IMF3信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02X: 161.9Y: 0.01083IMF1信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100005x 10-3 IMF2信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF3信 信 信从上图可以看出,从前四个 IMF 分量可以看出故障频率,但是也有电机转速的及其倍频处的冲击。外圈故障(f=3.5848*1796/60=107.305Hz)外圈故障和内圈故障的分析类似。原始信号及其频谱0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-4-2024 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.10.20.30.4 信 信 信 信 信 信原始信号的包络0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.20.40.60.8 信 信 信 信 信 信 信0 100 200 300 400 500 60000.20.40.60.8X: 107.7Y: 0.6778信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信X: 215.3Y: 0.3933X: 323Y: 0.1971X: 77.64Y: 0.08779X: 30.03Y: 0.1468EMD 分解0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-505IMF1信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-202IMF2信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-101IMF3信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF4信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF5信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.100.1IMF6信 信 信 信 信IMF 分量的频谱0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.20.4IMF1信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.10.2IMF2信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.04IMF3信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.04IMF4信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF5信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF6信 信IMF 分量的包络0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.51X: 107.7Y: 0.6562 IMF1信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.20.4X: 107.7Y: 0.2995 IMF2信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.050.1X: 107.7Y: 0.09067 IMF3信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02IMF4信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02IMF5信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF6信 信 信滚动体故障--(141.1 )滚动体故障的测试数据都不太明显。原始信号及其频率0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-1-0.500.51 信 信 信 信 信 信 信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.020.030.04 信 信 信 信 信 信原始信号的包络0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.010.0150.02 信 信 信 信 信 信 信0 100 200 300 400 500 60000.0050.010.0150.02X: 137.7Y: 0.01119信 信 信 信 信 信 信 信 信 信 信X: 149.4Y: 0.008477从上图可以看出,故障信号频率处的冲击不明显,而且和内外圈故障相比冲击比较多且乱。EMD 分解0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.500.5IMF1信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.200.2IMF2信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.100.1IMF3信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.0500.05IMF4信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.0500.05IMF5信 信 信 信 信0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9-0.0200.02IMF6信 信 信 信 信IMF 分量的频率0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.04IMF1信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.020.04IMF2信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.02IMF3信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.0050.01IMF4信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 600000.010.02IMF5信 信0 1000 2000 3000 4000 5000 6000012x 10-3 IMF6信 信IMF 分量的包络0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.010.02IMF1信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF2信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100000.0050.01IMF3信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024x 10-3 IMF4信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024x 10-3 IMF5信 信 信0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024x 10-3 IMF6信 信 信
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