基于改进EMD的旋转机械耦合故障诊断方法研究时培明1.2,李庚1,2,刘彬I(1.燕山大学电气工程学院，秦皇岛066004；2.燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室，秦皇岛066004)摘耍：针对旋转机械耦合故障的诊断问题，提出一种基于改进EMD(EmpiricalModeDecomposition)的诊断方法。该方法结合相似极值延拓和加余弦窗函数运算的优点，解决了延拓部分不精确和加窗函数后使原信号发生改变的问题，提高EMD方法的运算精度。用该方法对存在裂纹碰摩故障的转子•轴承系统振动信号进行分解，得到含有故障特征的本征模式函数(IntrinsicModeFunction,^称IMF),再经希尔们特变换获得相对应的边界谱和希尔伯特谱。通过与单一故障特性对比，诊断出该故障系统转子闘盘振动信号既有裂纹引起的高频成分也有碰摩引起的低频成分，得到耦合故障的特征，证明该方法的有效性。关键词：故障诊断；旋转机械；改进EMD；裂纹；碰摩中图分类号：TH133StudyoncouplingfaultsofrotarymachinerydiagnosismethodbasedimprovedEMDSHIPeimingi,2,LIGengi,2,LIUBini(1.InstituteofElectricalEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004;2.HebeiKeyLaboratoryofMeasurementTechnologyandInstrumentation,YanShanUniversity,Qinhuangdao066004)Abstract:Aimingatcouplingfaultsdiagnosisofrotarymachinery,basedonimprovedEMD(EmpiricalModeDecomposition)methodoffaultsdiagnosisisproposed・Withthemethodcombiningadvantagesofsimilarextremeaextensionandcosinewindowfunction,theinaccuracyofextensionandoriginalsignalchangedbecauseofwindowfunctionaresolved,andtheprecisionofEMDisimproved.Throughdecomposingvibratingsignalfromrotor-bearingsystemwithcouplingfaultsofcrackandrub-impact,IMF(IntrinsicModeFunction)containingfaultfeatureisobtained,meanwhile,bytheHilberttransformationgetsrelevantboundaryspectrumandHilbertspectrum・Contrastingwithfaultfeatureofsinglefault,thevibratingsignalfromrotordiskoffaultsystemisdiagnosedwithbothcontaininghigh-frequencycomponentduetocrackandlow-frequencycomponentduetorub-impact,andthecouplingfaultsfeatureisacquired,whileprovingthemethodiseffective.Keywords:faultdiagnosis;rotatingmachinery;improvedEMD;crack;rub-impact0引言在旋转机械转子系统故障中转轴裂纹和动静碰摩尤为常见，也是引起机械系统失效的主要原因。冃前国内外学者对裂纹和碰摩单一故障研究较多，提出了许多有效方法来诊断裂纹故障和碰摩故障［同。但在实际转子中，常常出现裂纹故障和碰摩故障同时存在的情况。这种耦合故障转子的动力学行为较单一故障转子更加复杂，而H.相互影响，不容易诊断。文献⑹采用有限元方法分析了裂纹碰摩耦合故障转子系统的响应，在严重碰摩故障信号中诊断出了裂纹故障。文献⑺建立了带有裂纹碰摩耦合故障R具有三轴承支承的双跨弹性转子系统动肚金项H：高等学校博士学科点专项科研加金(20101333120004)作者简介：时培明(1979年)，男，博士，副教授，主要研究方向：信号处理，故障诊K.E-mail:spm@ysu.edu.cn力学模型，利用延拓打靶法和Floquet理论研究其稳定性。文献冈提出了--种基于微分的经验模态分解方法，并在转子裂纹碰摩耦合故障诊断中取得了良好的效果。EMD是近年来发展起來的处理非平稳、非线性信号的时频分析方法切。该方法克服了传统时频分析方法中的不足，并在机械故障诊断领域得到了广泛应用U0-15H本文提出一种基于相似极值延拓法和余弦窗函数的改进EMD方法，并应用在转子■轴承系统裂纹碰摩耦合故障诊断中。建立的转子•轴承系统模型不仅含有裂纹和碰摩故障，还考虑了非线性油膜力的影响。运用变步长四阶龙格-库塔法对系统微分方程进行数值求解，得到转子左端和转子圆盘处的振动信号时域图，然后经改进EMD处理得到含有故障信息的IMF,再对IMF进行希尔们特变换得到其边界谱和希尔伯特谱。通过与单一故障特性作对比诊断出转子左端振动信号只含有高频的裂纹故障特征，无法诊断出该系统有碰摩故障。转子圆盘处振动信号的边...