分形维数在矿井通风机故障诊断中的应用的研究.pdfVIP

第17卷增刊 V01．17No．S 2004年8月 如振盯 眦 动硝 V工hn程∞ E e报锄 Aug．2004 学画 堰 分形维数在矿井通风机故障诊断中的应用研究’ 荆双喜 李 臻 冷军发 (焦作工学院机械工程系 焦作，454003) 摘要用分形维数对通风机的振动信号进行了描述．研究表明矿用通风机几种典型故障的振动信号对应有不同 的分形维数，由此可对通风机的典型故障进行识别；将小波除噪理论与分形相结合应用于矿用通风机故障诊断，通 过对通风机振动信号去噪前后分形维数的研究发现噪声对振动信号分形维数影响较大，通风机振动信号经小波降 噪处理后，有效减小了噪声对信号的影响，利用除噪后振动信号的分形维数准确地诊断出了通风机存在的故障。 关键词：故障诊断；通风机；分维；小波分析 中图分类号：THl65 矿井通风机是向煤矿井下工作人员提供足够新 号时间序列为X。，z2．”，z。，序列点数为，z一7T／At。 鲜空气以供呼吸之用的重要设备，其运行状态的好 较小时，该振动信号分形盒维数的计算公式为 坏，不仅关系着煤矿的正常生产，而且关系着煤矿井 d一一fim(垫量三睦等L三型)兰 下工人的生命安全。所以，对通风机进行状态监测与 △r—-0 儿l‘j‘ 故障诊断具有非常重要的意义。传统的诊断技术是 ln(三lXm—z。I／At) ，，、 一——五瓦_—～ 01’ 通过提取振动信号的时域或频域特征信息进行故障 实际采样时间71是有限量，在一定范围内选 识别的，若在状态空间中准确描述通风机系统的行 取，对于不同状态的信号，以不同的出采样。 为，对于正确判断通风机的运行状态和故障是很有 定义信号计算维数为 意义的。 ， In(三Izm—z。l／at) 分形维数反映了系统相空间的维数高低，是系 dJ2一———’砸F—一 (2) 统相空间特性的定量描述，它被应用于非线性系统 d，反映了信号的分形特征，对于机械设备正常信号 行为的亥B划中，目前，一些学者已将分形维数用于刻 和出现各种异常的信号应该有不同的d，值，所以， 划机械系统故障状态表现出的非线性行为。如文献 信号的分维数可以作为判断设备运行状态的特征 [1]将相关维数用于大机组振动信号的分析，得出相 量。 关维数可用于诊断传统方法难_以区别的故障；文献 [2]利用分形维数刻划了轴承在不同故障状态下表 1．2信号分形诊断原理 现出的非线性行为，并用于判断轴承的不同状态。 故障诊断过程实际上是系统的识别和分类的过 本文针对矿用通风机的典型故障，如不平衡、不 程，这一过程有两个步骤：第一步以适当的特征信息 对中、碰摩、叶片故障状态下振动信号的分形维数进