Page 81 - 《振动工程学报》2025年第11期
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第 11 期 贺 雅，等：阈值优化的自适应双向压缩变换及其在碰摩故障特征提取中的应用 2539
如图 18 所示，所提出的 Bi-MST 能清晰分辨频带 #
2 碰摩杆
内谐波与脉冲类分量的调制特征，有效避免了相邻
#
1 碰摩杆 电涡流
分量之间的干扰项，实现对复合非平稳信号的同步 电机 传感器
时频表示。在图 18 中，转频与 4 倍频分量呈现快速
振荡谐波特性，[120, 300] Hz 和 [400, 450] Hz 频段范
围内存在周期性脉冲特征。以 4 倍频分量为例，从 3 碰摩杆
#
Bi-MST 时频图中提取其瞬时频率脊线，见图 19，其
频谱中转频分量突出，表明转子每旋转一周与碰摩 图 21 多点碰摩故障模拟试验台
杆发生一次碰撞。针对 [120, 300] Hz 频段内的脉冲 Fig. 21 The test rig for multi-point rub-impact fault simulation
信号，重构其时域波形并得到包络谱，如图 20 所示，
间的间隙，分别模拟一点、两点及三点碰摩故障 。
[4]
调制频率与转频分量高度吻合，可见 Bi-MST 方法精
本节所述多点碰摩故障，指转子每旋转一周发生两
准表征了碰摩故障信号的动态调制特性。 次碰摩。
500 ①③谐波类分量; ②④脉冲类分量 在本试验中，仍采用电涡流位移传感器采集转
④ 子 振 动 信 号， 转 子 转 速 为 5100 r/min， 采 样 频 率 为
400
2000 Hz。图 22 给出了信号的时域波形及其频谱特
③ 征。与图 16 的频谱分布不同，图 22 中除转频及其整
频率 / Hz ② 数 倍 频 外， 1/2 倍 频 成 分 占 据 主 导 地 位 ， 同 时 存 在
300
200
3/2、5/2 倍分数倍频成分。
100 ①
40
0 20
0.1 0.2 0.3 0.4 0
时间 / s 幅值 / μm
−20
图 18 单点碰摩信号的 Bi-MST 时频表征 −40
Fig. 18 The Bi-MST result of single-point rub-impact signal 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
时间 / s
350 10 (a) Signal waveform
(a) 信号波形
频率 / Hz 340 幅值 / μm 5 83.75 Hz 42 Hz 85 Hz
330
0
0 0.2 0.4 100 200 300 400 500 10
时间 / s 频率 / Hz 幅值 / μm 127 Hz 169 Hz 254 Hz
(a) 瞬时频率脊线 (b) 频谱图 212 Hz
(a) IF ridge (b) Fourier spectrum
0
0 50 100 150 200 250 300
图 19 4 倍频谐波成分
频率 / Hz
Fig. 19 The quadruple frequency harmonic component (b) 信号频谱
(b) Fourier spectrum
50 4 83.75 Hz 图 22 多点碰摩振动信号
幅值 / μm 0 幅值 / μm 2 Fig. 22 Multi-point rub-impact vibration signal
−50 0 本节选取 STFT、SST、STET 及 TFMST 四种分析方
0.1 0.2 0.3 100 200 300 400 500 法，对多点碰摩振动信号进行时频表征。由图 23(a)
时间 / s 频率 / Hz
(a) 重构波形 (b) 包络频谱 可见，STFT 的时频能量分散严重，难以区分各信号
(a) Recovered waveform (b) Envelope spectrum
成分，并且 倍频与 倍频分量间距过近，产生明
1/2 1
图 20 [120, 300] Hz 频段脉冲成分 显的交叉干扰。对 STFT 时频谱进行单一方向重排
Fig. 20 The impulsive mode for interval [120, 300] Hz
可 得到 SST 结 果 ， 如 图 23(b) 所 示 。 其 中 ， SST 对
1/2 倍频、1 倍频、2 倍频及 3 倍频谐波分量的能量聚
4.2 多点碰摩故障振动分析
集效果显著提升，但未能识别脉冲分量，表明其难以
本小节进一步分析转子试验台的多点碰摩故障 有效表征频变分量的时频特征。相较于前述方法，
振动信号，如图 21 所示。在正常状态下，三组碰摩螺 STET 和 TFMST 能更清晰地表征快速变化的瞬时频
栓均保持松开状态，确保旋转部件正常运行。试验 率特征，以及频变脉冲特征，但两种方法均将 1/2 倍
中通过锁紧 1~3 组螺栓调节静子限位环与旋转部件 频与转频之间的交叉干扰误判为脉冲成分。
