项目批准号

50375157

申请代码

E051303

归口管理部门

 

收件日期

 

 

 

 

国家自然科学基金

资助项目结题报告

 

 

 

 

资助类别

面上项目

亚类说明:

自由申请项目

附注说明:

     

 

项目名称:

基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断研究

人:

郑海起

电话:

0311-87994985

电子邮件:

jxgcxy@heinfo.net

依托单位:

中国人民解放军军械工程学院

人:

王卫国

电话:

0311-87992414

资助金额:

20(万元)

累计拨款:

20.0000

(万元)

实行年限:

2004.01-2006.12

 

 

 

 
填表日期:2007315

37987        0

国家自然科学基金委员会制2004年11月)


 

 关于填报《国家自然科学基金资助项目结题报告》的说明F2004

 

一.            国家自然科学基金资助项目结束后,项目负责人须按要求认真填报《国家自然科学基金资助项目结题报告》(简称《结题报告》),以此作为资助项目研究工作的重要档案,并作为项目验收和评估的主要依据。

二.            项目负责人及其合编辑应认真阅读自然科学基金资助项目和财务管理的有关规定、办法(查阅http://www.nsfc.gov.cn),在项目研究工作的基础上,实事求是地撰写《结题报告》并提供必要的附件材料,保证填报内容真实、数据准确。

三.            项目依托单位按规定要求认真审查,确保材料齐全,在次年申请项目时将电子文档和一份纸质文档统一报送国家自然科学基金委员会。

四.            国家自然科学基金委员会负责跟踪和管理结题项目的成果,根据情况在2-3年后对项目实行情况进行评估。请项目负责人在结题后三年内继续提供项目研究后期正式发表或公布的成果,一并存档并作为项目管理和评估的依据。

五.            《结题报告》由报告正文、研究成果目录表、统计数据表、审核意见表、经费决算表和附件等部分组成,有关格式和撰写说明详见“《结题报告》报告正文撰写提纲”。

六.            研究结束后,项目(课题)负责人应会同依托单位财务部门清理账目,根据批准的预算经费,如实编报资助项目(课题)经费决算,逐项列出单项固定资产超过5万元的名称及使用情况说明,争取其他渠道经费情况等。须对项目经费的收、支、余情况作出总体的文字说明,当经费支出与经费预算相差较大时,需要着重说明;拨入经费与预算经费不相等时,需要特别说明。合作经费要按照合作单位经费实际开支内容并入《经费决算表》的各类开支科目。

经费决算表(重大项目除外)的书面材料由依托单位科研管理部门、财务部门审核签署意见后存档备查。

重大项目按照《国家自然科学基金项目资助经费管理办法》第二十一条编报决算,向自然科学基金会同时报送书面材料与电子文档。

国家自然科学基金强调科学道德和良好的学风,反对弄虚作假和浮躁作风,要求认真工作、填报材料实事求是。基础研究允许探索和失败,特别是面上项目,关键看工作状况和发展态势。如有这种情况,也请在报告中实事求是地反映出来

 


 

国家自然科学基金资助项目《结题报告》撰写提纲与说明

基金资助项目《结题报告》总体结构上分为:1)报告正文、2)成果目录表、3)成果数据统计表、4)项目负责人签字及部门审核意见表、5)附件材料,请项目负责人参照以下提纲及其说明认真撰写,并可根据需要自行增设栏目或补充必要的图表。

《结题报告》要求全面地反映资助项目的工作情况和研究进展,如实地体现资助项目的研究计划要点、实行情况、主要进展与成果、人才培养、合作交流、经费使用以及研究计划调整等情况,重点描述研究进展与重要的研究成果。请精心撰写并认真核对,确保“内容真实、数据准确”。

在撰写风格上请注意“重点突出,语言精练、准确”,做到“结构合理,层次分明,标题突出,条目清晰”,必要的地方可图表、图文并茂。

《结题报告》撰写完毕后,请删除不再需要保留的说明,如填表说明等,使最终的版面更加简洁、美观、大方。

一、  报告正文。参照提纲格式自由撰写,并可以根据需要分解或增设栏目。要求层次分明、条目清晰、内容准确。主要栏目为:

1、  摘要,关键词,abstract,keywords。以深入浅出的语言简明扼要地概括出项目的精华,如背景、方向、主要内容、重要结果、关键数据及其科学意义等。关键词和keywords各不超过5个,并用分号隔开。

2、  研究计划要点及实行情况概述。是否按计划进行,哪些内容作了必要的调整和变动,哪些研究内容未按计划进行,原因何在。

3、  研究工作主要进展和所取得的成果。本部分内容是《结题报告》的核心部分,也是基金资助项目中最有学术价值和可供其它研究者进一步研究的基础,要求项目负责人和承担者实事求是地认真撰写,包括代表性成果先容,说明其水平和影响,并简要阐述其科学意义或应用前景等。视情提供必要的国内外动态和研究成果的比较,必要的参考文献出处等。

对重要的研究进展或成果,请尽可能“一事一议”,分段撰写,以便今后成果展示或管理汇报时可以整段地剪贴引用。

对在后面成果目录表及统计数据表中的一些内容,如国际学术奖、数据库、App等,应在本部分中具体地描述。

最后,根据个人的实际贡献等, 概述本项目研究人员的合作与分工,列出项目实行期间主要研究人员和中途调离、退出的研究人员的名单,并简要说明原因。

4、  国内外学术合作交流与人才培养情况(如无,可以不写)。

组织国内外学术活动的情况,包括会议主题、内容、规模、时间、地点、效果等。

国际会议大会特邀报告及参加组委会情况等,请提供邀请信等必要的复印件。

研究生培养情况,列出研究生姓名、研究方向、论文题目、导师姓名、已答辩或预计答辩的年月。

促进研究成果的传播、应用情况,包括科普等。

5、  存在的问题、建议及其他需要说明的情况。包括项目研究工作中的难点和经验,本项目研究是否达到预期目标,如未达到,请分析原因和可能的解决途径。今后进一步研究的建议和设想。

注:基础研究具有一定的探索性,研究过程中的结果、不成功的试验以及不理想的结果都可能具有参考价值,即使失败的经验也是有价值的。如有此类情况,请具体描述研究过程,列出试验条件、现象等要点,其目的是总结经验,使其他研究者少走弯路。

二、研究成果目录和数据统计表。

为了规范管理,获得准确的统计数据,如实反映自然科学基金资助项目的研究成果,要求数据必须准确并保证几个表的数据相对应、一致。

成果类型分为“获奖、专利、专著、期刊论文、会议论文、其他”六大类,请归类集中填写,逐类单独编号;未标注“国家自然科学基金资助及批准号”的论文排在相应类别的后面,无正式录用证明的论文暂不列入,表格不够可自行增加;成果名称栏目填写论文题目或专利或奖励名称;主要完成人根据编辑或获奖人实际情况按顺序填写,并在论文通讯编辑后加*标注;成果说明栏目分别按以下格式填写:

1) 期刊论文按“全部编辑,论文题目,刊物名称﹒卷(期)﹒起-止页码,年月(SCI,EI,ISTP,ISR收录,如是该类杂志)” 格式填写说明;

2) 会议论文按“国际/国内,特邀报告/口头报告/墙报展示,全部编辑,论文题目,会议名称,时间,地点”格式填写说明;

3) 专著按“全部编辑,书名、出版社,出版时间,字数,发行量”格式填写说明;

4) 专利按“获准专利国别,类别,专利号,获专利时间”格式填写说明;

5) 获奖按“授奖单位,授奖时间,奖励名称,等级”格式填写说明。

6) 其他,根据实际情况填写并做必要的说明。

是否标注“国家自然科学基金资助及项目编号”的情况,请根据实际情况在标注栏中说明;选项为①标注资助号,②未标资助号,③空白(表示什么也没标)。被SCI或EI、ISTP、ISR收录的,除注明是否标注国家自然科学基金资助外,尚需加填SCI或EI等缩写词;

三、附件材料,随纸制结题报告,提供所要求和其他必要的材料。

1.    提供不超过6篇代表性论著的原件或复印件,其余论著提供95992828九五至尊2和有标注国家自然科学基金项目资助页的复印件,研究生学位论文提供封面复印件。装订顺序须与研究论著目录中的排序一致;

2.    已录用的稿件除95992828九五至尊2和标注页之外,须附编辑部录用证明的复印件;

3.    大会特邀报告须提供邀请函以及会议文集有关目录的复印件;

4.    研究成果附件(科学技术鉴定证明书、奖励证书、专利证书的复印件),装订顺序须与研究成果目录中的排序一致。


项目摘要

中文摘要(500字以内):

提出了一整套基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断新理论、新方法:证明了Y(t)=A(t)+X(t)和Y(t)=A(t)X(t)两种特殊非平稳过程具有各态历经性,并由此给出了非平稳信号均值函数和相关函数各态历经性的定义及充要条件,将各态历经性理论推广到了非平稳随机过程范畴;通过仿真和实验,验证了齿轮箱起动和停机过程振动响应信号的各态历经性,为本项研究奠定了理论基础;提出了基于Hilbert-Huang变换的齿轮箱瞬态过程信噪分离算法,有效地解决了瞬态过程降噪难题;提出了基于Hilbert-Huang变换和阶次跟踪技术的瞬态过程信号分析技术,提取了与齿轮箱状态密切相关的特征参量集;提出了基于模糊神经网络的齿轮箱状态与故障模式识别算法,提高了状态识别准确度;提出了基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断测试技术,并建立了普通齿轮箱传动实验台和大型的自行火炮变速箱综合实验台。经验证,采用上述理论与方法对多种故障工况的正确识别率达91%,表明本项目研究成果对解决瞬态过程齿轮箱故障诊断的难题是可行和有效的,突破了传统稳态条件的限制,发展了齿轮箱故障诊断理论,提高了复杂工况下的齿轮箱故障诊断精度。

关键词(不超过5个,用分号分开): 机械故障诊断;齿轮箱;瞬态过程;遍历性;信号分析

Abstract(limited to 500 words):

A theoretical-technological package is diveloped for gearbox fault diagnosis with transient process analysis. The ergodicity of two kinds of nonstationary random process,Y(t)=A(t)+X(t) and Y(t)=A(t)X(t),is validated. Based on it the definition about the ergodicity of the nonstationary random process is presented, which promoted the theory of the ergodicity into the field of the nonstationary random process firstly. The ergodicity of the gearbox vibration signal is validated with two methods separately: simulation and experiment. The outcomes obove established the theoretical foundation for the research.The denoiseing algorithm based on Hilbert-Huang transform is developed for gearbox transient signal. The technique to analyze the transient signal based on Hilbert-Huang transform and order tracking is presented. The fault features of the gearbox are picked-up. The method of gearbox faults diagnosis based on ANFIS fuzzy neural network and ICA is developed. The gearbox fault diagnosis method package based on transient signal analysis is brought forward.Two sets of experiment rigs are builded: the general one and the self-propelled gun gearbox one. The experiment results show that the accuracy rate of the fault diagnosis is above 91%. It shows the research findings is feasible and effective to diagnoze gearbox faults with transient signal. The gearbox fault diagnosis theory is developed into the field of nonstationary random process.

Keywords(limited to 5 keywords,seperated by;):micahnical fault diagnosis; gearbox; nonstationary random process; ergodicty; signal processing

 



报告正文


1.研究计划要点及实行情况

针对复杂工况条件下某些特殊结构齿轮箱无法施加稳态载荷进行故障诊断的难题,本项目研究了基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断新理论、新方法。研究计划要点包括:1)齿轮箱瞬态过程故障诊断原理;2)瞬态过程信号降噪方法;3)齿轮箱瞬态过程振动信号处理方法,提取状态特征参量集;4)基于瞬态过程分析的齿轮箱状态与故障模式识别方法;5)实验技术与实验验证。

由于齿轮箱系统同时存在外部激励与内部激励,致使信号极为复杂。此外,基于瞬态过程的故障诊断理论尚未成熟,也加大了该项研究的难度。为实现既定的研究目标,本项目采用了技术难点适当分解、逐一突破最终集成的方法,对基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断新理论、新方法进行了系统、深入的理论与实验研究。经项目组成员的不懈努力,目前各项研究内容均已按计划完成。

2.研究工作主要进展和取得的成果

1)形成了齿轮箱瞬态过程故障诊断原理

Ø         将各态历经性理论推广到特殊非平稳过程

在瞬态工作过程条件下,齿轮箱工作过程是非平稳过程,由此所采集的振动响应信号属于非平稳信号,按照当前国内外随机过程理论,它不具有各态历经性。但在非各态历经的前提下,就不能用任一样本函数的时间统计计算结果来描述随机过程的总体统计结果。这样从理论上讲,基于振动响应信号分析所得到的齿轮箱故障诊断的理论与技术在瞬态过程的条件下就没有普遍的应用意义。因此,必须根据齿轮箱故障诊断的具体问题,研究在瞬态过程条件下齿轮箱振动响应信号具有各态历经特征的特定条件及其描述。

本项研究首次将各态历经性的定义由平稳过程推广到非平稳过程,给出了非平稳过程均值函数和相关函数各态历经性的定义及充要条件。讨论了形式如

Y(t)=A(t)+X(t)和Y(t)=A(t)X(t)

的非平稳过程均值函数和相关函数的各态历经性问题。其中X(t)是一平稳随机过程,A(t)是一个确定函数。理论研究结果证明,对上述形式的非平稳过程,其均值函数和相关函数具备各态历经性。突破了当前国内外随机理论中“只有平稳过程才具有各态历经性”的论断,这样就找到了用任一样本函数的时间统计计算结果来表征随机过程的总体统计结果的理论依据,因而基于振动响应信号分析所得到的齿轮箱故障诊断的理论与技术在瞬态过程的条件下仍具有普遍的应用意义。

  通过模型仿真和实验两种途径验证了齿轮箱振动信号的遍历性,为本项目研究奠定了理论基础。

Ø         建立了基于子结构综合的复杂结构齿轮箱动力学模型

为了进一步研究自行火炮变速箱的动力学特性,为故障诊断提供理论依据。本课题采用子结构分解、综合的原理,将复杂结构的建模问题转化为建立若干较为简单的子结构模型及其综合的问题,建立了自行火炮变速箱模型。该模型在划分子系统时,将轮齿啮合与轴承工作接触作为作用力与反作用力的耦合,而不是传统上简化为弹簧阻尼连接。这样不仅符合齿轮箱实际工作中的动力特性,而且避免了系统特性中的严重非线性时变问题。在此模型基础上详细分析了自行火炮齿轮箱的动力学特性和各故障特征。

2)提出了基于Hilbert-Huang变换的瞬态过程信号降噪方法

Hilbert-Huang变换是由美国国家宇航局的Norden E.Huang1998年提出的,被认为是近年来对以傅立叶变换为基础的线性、稳态频谱分析的一个重大突破,主要用于非线性系统、非平稳过程信号的分析。目前Hilbert-Huang变换方法已经成功地应用于生物医学、环境工程、桥梁健康监测等领域的研究,并取得了很好的效果。本项目详细对比分析了Hilbert-Huang变换与常用的短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布和小波变换等时频分析技术方法的优缺点,发现:

A、窗函数和窗口长度的长短对短时傅里叶变换频谱的影响较大,易受操作人员的影响。采用Hilbert-Huang变换,时频幅值谱比基于STFT的时频幅值谱更能精确地表征信号的时频分布特性。

B、Hilbert-Huang变换不但能清晰地区分两主频率信号成份,而且能表征信号的瞬时频率的变化;而Winger-Ville分布虽能表征两主频率成份,但对信号瞬变的识别能力较弱,且有严重的交叉项干扰。

C、基于Hilbert-Huang变换的时频分析方法比基于小波的时频分析更为有效。

针对瞬态过程齿轮箱振动响应信号的非平稳性特点,本项目采用Hilbert-Huang变换方法进行了测量信号的降噪和分离,有效地滤除了复杂噪声的影响,突出了故障特征信息,为齿轮箱故障诊断开辟了一条新的降噪途径。

3)提出了一系列基于阶次分析技术和Hilbert-Huang变换的齿轮箱瞬态过程振动信号处理方法,并针对诊断需求提取了相应的特征参量集

Ø         提出了基于阶次包络谱的轴承和齿轮故障特征提取方法

由于齿轮箱升降速时测量得到的振动信号是非平稳信号,直接采用常规的FFT分析,在频谱图中会出现“频率模糊”现象,因而不能反映系统的真实状况。而阶次跟踪方法,以轴的转频为基准,采用等角度重采样技术,能将时域非平稳信号转换为角域准平稳信号,满足了FFT分析对信号平稳性的要求,有效地解决了“频率模糊”现象,是对常规频谱分析方法的有力补充。但由于角域重采样信号也存在调制现象,仅通过简单的阶次分析难以达到理想的分析效果,因此还需进行更深一步的处理,而将角域重采样信号经 Hilbert变换解调后,再对解调后的信号进行FFT分析,在包络谱中就能清晰地看到轴承和齿轮故障的特征阶次及其倍频阶次,因而,阶次包络谱对齿轮箱的故障诊断非常有效。

Ø         提出了基于阶次域平均的齿轮箱故障特征提取方法

基于阶次域平均的振动信号处理技术,能充分消除角域重采样信号中的噪声干扰,提高阶次分析的信噪比,使周期性故障分量的阶次更加突出,从而便于识别齿轮箱的故障,因此基于阶次域平均的处理技术是诊断齿轮箱故障的一种有效方法。

Ø         提出了基于倒阶次谱的齿轮箱故障特征提取方法

由于倒谱具有解卷积的作用,将角域重采样信号进行倒阶次谱分析,不仅可以有效地抑制噪声的影响,而且还可以将功率谱上的周期分量的阶次简化成单根谱线,从而容易识别故障的类型,并利用倒阶次谱对齿轮箱的升降速振动信号进行分析与处理,试验表明该方法能有效地提取齿轮、轴承的故障特征因此基于倒阶次谱的处理技术是诊断齿轮箱故障的一种有效方法。

Ø         提出了基于阶次双谱的齿轮箱故障特征提取方法

将阶次分析与双谱分析相结合,针对齿轮箱升降速过程信号信息量大、振动信号非平稳的特点,提出了阶次双谱分析的齿轮箱故障检测和诊断方法,并成功地应用到齿轮箱升降速过程的轴承故障诊断中。实验结果表明:该方法能有效地提取轴承的故障特征信息,为基于瞬态过程分析的轴承故障诊断与故障特征提取提供了一条新的途径。而双谱具有很强的抑噪能力,是处理非线性、非高斯信号的强有力工具。

Ø         提出了基于Hilbert-Huang变换边际谱和能量谱的轴承故障特征提取方法

基于Hilbert-Huang变换技术,并将Hilbert-Huang变换的边际谱、能量谱应用于齿轮箱中轴承的故障诊断的研究,通过轴承故障实验信号的研究结果表明:Hilbert-Huang变换的边际谱、能量谱分析方法,能有效地诊断轴承的故障。

Ø         提出了基于经验模态分解瞬时相位分析的轴承故障特征提取方法

基于经验模态分解的瞬时相位分析方法将经验模态分解与Hilbert变换紧密结合在一起,具有自适应的分析能力。首先对振动信号作经验模态分解得到信号的固有模态函数,再求各个固有模态函数的Hilbert变换,得到信号的瞬时相位,通过瞬时相位的傅立叶分析就可提取信号特征。通过对轴承故障实验信号的分析,表明该方法能有效地诊断轴承的故障。

Ø         提出了基于Hilbert-Huang变换的齿轮磨损故障特征提取方法

若齿轮存在磨损、疲劳裂纹等故障,则当该齿轮啮合时,振动信号的幅值和相位发生变化,产生幅值和相位调制。故障齿轮的振动信号往往表现为回转频率对啮合频率及其倍频的调制,在频谱图上形成以啮合频率为中心的两个等间隔分布的边频带,因此,齿轮故障诊断实质上是对边频带的识别。目前,齿轮故障诊断的方法大都是基于振动能量的变化,但是由于局部故障只是产生在个别齿上,所引起的振动能量变化量在整个齿轮振动中所占的比例较小,因此这种变化不易检测和诊断。当齿轮存在局部故障时,故障齿在啮合时产生比其它齿更大的动载荷,而且会影响到相邻的齿。随着故障程度的增加,动载荷增加,振动增强,这时振动能量发生较大的变化。Hilbert能量谱是信号能量的时频表示,从Hilbert能量谱中可以分析齿轮振动信号的能量分布情况,进而提取故障特征。

Ø         提出了基于EMD和功率谱的齿轮齿根裂纹故障特征提取方法

齿轮故障诊断的方法大多采用基于振动能量的变化,如功率谱分析,但是由于局部裂纹故障只是发生在个别齿上,所引起的振动能量变化量在整个齿轮振动中所占的比例较小,且被分布到较宽广的频带范围内,因而易被其它的噪声信号淹没,不易检测和诊断。因此,在进行功率谱分析前,需进行信号的降噪处理,但传统的滤波器降噪方法的频带宽度不易选择,而EMD方法具有自适应的信号分解能力,通过选择合适的IMF分量进行功率谱分析,就能减小噪声的干扰,提高信噪比,从而能有效地提取功率谱中的边频带信息,进而有效地识别齿轮的局部故障类型和部位。

Ø         提出了基于EMD 和AR谱分析的轴承故障特征提取方法

在齿轮箱故障诊断中,常采用功率谱分析进行故障分析与判别。不同零部件的故障特征体现在功率谱图上不同的频率成分上。但在齿轮箱产生的振动信号中.各零部件故障引起的振动成分所占的比例相差较大,如果运用传统的博立叶分析,振动成分小的零部件的故障信息往往被淹没在其它零部件故障引起的振动中,难以准确判定故障产生的部位。运用经验模态分解,可以将齿轮箱故障振动信号划分到不同频段内,从而实现不同零部件故障信息的分离和提取。将经验模态分解理论和适合于短数据分析的自回归谱相结合,即EMD—AR谱分析技术,并将该方法分别对滚动轴承的内圈、外圈故障进行了诊断,说明这一方法能有效地从强振动信号中提取微弱的缺陷信号,从而进行早期故障诊断。

4)提出了基于模糊神经网络的瞬态过程分析的齿轮箱状态与故障模式识别方法

本课题深入研究了基于模糊神经网络的齿轮箱故障模式识别技术,建立了基于模糊神经网络的故障诊断体系,提出了两种重要的模糊神经网络故障诊断方法,分别运用模糊BP网络和ANFIS网络对齿轮箱中几种典型的故障进行了诊断和分析,并将它们的诊断结果进行了对比。一系列试验结果和计算对比表明,基于模糊神经网络的故障诊断方法具有故障定位准确、诊断精度高等优点,可用于齿轮箱及其它设备的故障诊断,在旋转机械故障诊断中具有较好的应用前景。

5)形成了基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断实验技术,建设了实验台系统

为完成实验研究,本项目通过和其它项目联合的方式,先后建立了普通齿轮箱传动实验台(如图1)和大型的自行火炮变速箱综合实验台(如图2)。

  

1齿轮箱传动实验台          图2自行火炮传动系统综合实验台

普通齿轮箱传动实验台(图1)由电磁调速电机、齿轮箱、联轴器、动态负载轮、磁粉制动器等组成,信号测量系统由多通道ICP加速度测量系统、转速扭矩测量系统、B&K3560信号分析仪和分析处理计算机等组成。大型的自行火炮传动系统综合实验台由驱动发动机、被测自行火炮变速箱、基础部件、电涡流测功机等组成,测试系统基本同前。

基于上述实验台,研究了动态负载、升速时间、过程一致性操控等实验技术方法和实验规程;在综合分析齿轮箱多种常见故障统计数据的基础上,实施了齿根裂纹、齿面磨损、断齿、轴承内圈裂纹、轴承外圈裂纹、轴承滚珠破损等多种典型故障及正常状态实验。并用前述方法进行了故障诊断与识别,各种工况正确识别率达91%,达到了理想的识别效果。

 

3合作与分工

本项目计划书中包括以下研究人员:郑海起、李 辉、宁如云、杨通强、栾军英、唐力伟、任国全、张英堂、潘宏侠、博士研究生(1名)和硕士研究生(1名)。在项目实行期间,张英堂教授由于担任有大量的教学科研工作,分身乏术,中途退出。项目负责人对研究梯队组成及人员分工进行了必要的调整,并吸取田燕博士后参加了该项目的研究工作。

 

项目组主要研究人员及分工

郑海起

教 授

  军械工程学院

项目负责人

李 辉

教授

95992828九五至尊2

单级齿轮箱研究

宁如云

讲 师

军械工程学院

随机理论

杨通强

博士后

  军械工程学院

自行火炮变速箱研究

栾军英

副教授

  军械工程学院

理论建模

唐力伟

教 授

  军械工程学院

信号处理

任国全

副教授

  军械工程学院

信号处理

田 燕

博士后

  军械工程学院

模式识别

潘宏侠

教 授

   中 北 大 学

实验研究

康海英

博 士

  军械工程学院

实验研究

田 昊

硕 士

  军械工程学院

算法编程

 

4.学术交流及人才培养

学术交流

1)部分研究成果在第六届国际测试技术研讨会上交流。

2)郑海起教授先后应邀前往中北大学、解放军第25基地、第32基地作学术报告,本基金项目的研究成果作为报告的部分内容。

3)邀请同济大学石来德教授来95至尊游戏官网作关于工程机械故障诊断学术报告和学术交流。

 

人才培养情况一览表

由该基金项目资助,培养博士后3名,已经出站2名;培养博士研究生8名已毕业并获学位3名;培养硕士研究生8名,已毕业并获学位5名。

博士后培养情况一览表

姓名

研究方向

出站报告题目

导师姓名

已答辩或预计答辩年月

李 辉

兵器性能检测与故障诊断

基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2005.9

杨通强

兵器性能检测与故障诊断

基于瞬态过程分析的自行火炮变速箱故障诊断研究

郑海起

2007.06

 

兵器性能检测与故障诊断

基于ICA与模糊神经网络的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2006.12

 

博士研究生培养情况一览表

姓名

研究方向

论文题目

导师姓名

已答辩或预计答辩年月

任国全

兵器性能检测与故障诊断

基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2003.03

张志斌

兵器性能检测与故障诊断

基于频响修正的自行火炮变速箱故障诊断研究

郑海起

2004.06

 

兵器性能检测与故障诊断

基于神经网络的齿轮箱载荷识别研究

郑海起

2004.06

金海薇

兵器性能检测与故障诊断

基于MIMO传递特性分析的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2007.03

康海英

兵器性能检测与故障诊断

基于变载荷分析的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2008.03

李毓辉

兵器性能检测与故障诊断

基于信息融合的齿轮箱故障诊断研究

郑海起

2008.03

李玉兰

兵器性能检测与故障诊断

轮式自行火炮质量评价理论与技术研究

郑海起

2009.03

 

兵器性能检测与故障诊断

基于瞬态声检测的齿轮箱故障诊断研究

唐力伟

2009.03

 

硕士研究生培养情况一览表

姓名

研究方向

论文题目

导师姓名

已答辩或预计答辩年月

肖志松

兵器性能检测与故障诊断

行星轮系故障诊断及其在自行火炮转向机中的应用

郑海起

唐力伟

2004.03

康海英

兵器性能检测与故障诊断

基于阶次跟踪的自行火炮变速箱性能检测与故障诊断研究

郑海起

2005.03

  广

兵器性能检测与故障诊断

基于虚拟仪器的行星齿轮箱故障诊断系统研究

唐力伟

2005.03

俞文文

兵器性能检测与故障诊断

基于虚拟仪器的自行火炮检测诊断App系统研究

郑海起

2006.03

高永生

兵器性能检测与故障诊断

基于系统传递特性分析的齿轮箱故障诊断研究

唐力伟

2006.03

范兆军

兵器性能检测与故障诊断

基于虚拟仪器的自行火炮传动系统检测诊断研究

郑海起

2007.03

戚洪海

兵器性能检测与故障诊断

轮式自行火炮验收技术方法研究

郑海起

2008.03

邓士杰

兵器性能检测与故障诊断

基于PXI系统的自行火炮检测诊断App系统研究

郑海起

2009.03

 

5 存在的问题、建议及其他需要说明的情况。

项目研究工作进展顺利,目前已基本完成计划要求的研究任务。在研究工作中,项目组将机械振动理论、随机过程理论、数字信号处理技术和故障诊断技术有机结合,研究成功了一整套基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断新理论与新方法。

今后的研究设想,主要是研究解决本方法在投入工程实践时存在的一些问题。例如该研究中,采用的故障模式均为预置的,而在工程实际中情况往往更为复杂。为使此方法在工程实际中发挥应有的效果,还需结合设备的设计、生产、使用等众多实践环节,进行大量的实验,采集足够多的样本,对该研究所得结论进行必要的完善。

 


附表1、基金项目研究成果目录

序号

成果类型

成果或论文名称

主要完成者

成果说明

标注状况

1

专著

 

 

 

 

1

期刊论文

Faults Monitoring and Diagnosis of Ball Bearing Based on Hilbert-Huang Transformation

H.Li*, H.Q.Zheng, L.W.Tang

Key Engineering Material, 2005,Vol.291-292: 649654

标注资助

SCI收录

2

 

Hilbert-Huang Transform and its Application in Gear Faults Diagnosis

H.Li*, H.Q.Zheng, L.W.Tang

Key Engineering Material, 2005,Vol.291-292: 655660

标注资助

SCI收录

3

 

Wigner-Ville Distribution Based on EMD for Faults Diagnosis of Bearing

Hui Li*, Haiqi Zheng, Liwei Tang

Lecture Notes in Computer Science,20064223803812

标注资助

SCI收录

EI收录

4

 

Wear Detection in Gear System Using Hilbert-Huang Transform

Hui Li*, Yuping Zhang, Haiqi Zheng

Journal of Mechanical Science and Technology (KSME Int.J.) 20062011):17811789

标注资助

SCI收录

5

 

斜齿行星齿轮系统自由振动特性分析

杨通强*,宋轶民,张策,王世宇

机械工程学报2005.41(7):50-55

标注资助

EI收录

6

 

应用Hilbert-Huang变换的齿轮磨损故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

振动、测试与诊断,2005253):200204

标注资助

EI收录

7

 

频谱与频谱密度的概念和应用

郑海起*,康海英,金海薇

振动测试与诊断,2004, 24(s): 281282

标注资助

EI收录

8

 

基于EMD和功率谱的齿轮故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

振动与冲击,2006251):133135,145

标注资助

EI收录

9

 

基于阶次双谱的齿轮箱升降速过程故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

中国机械工程,20061716):16651668

标注资助

EI收录

10

 

声测法和经验模态分解在轴承故障诊断中的应用

李辉*,郑海起,唐力伟

中国电机工程学报,20062615):124128

标注资助

EI收录

11

 

基于倒阶次谱分析的齿轮故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

振动与冲击,2006255):6568

标注资助

EI收录

12

 

阶次倒谱在轴承故障诊断中的应用

李辉*,郑海起,唐力伟

数据采集与处理,2006214):454458

标注资助

EI收录

13

 

阶次边频带分析的齿轮故障诊断方法

李辉*,郑海起,唐力伟

振动、测试与诊断,200626(增刊):201204

标注资助

EI收录

14

 

基于相关包络分析的轴承故障诊断研究

李辉*,郑海起,杨通强

振动、测试与诊断,200424(增刊):239242

标注资助

EI收录

15

 

EMD AR谱分析在轴承故障诊断中的应用

李辉*,郑海起,唐力伟

振动、测试与诊断,200626(增刊):205208

标注资助

EI收录

16

 

阶次跟踪在齿轮磨损中的应用

康海英*,栾军英,田燕,郑海起,曹进华

振动与冲击.2006,25(4):112-113

标注资助

EI收录

17

 

基于阶次包络谱的轴承故障诊断研究

康海英*,栾军英,郑海起,崔清斌,曹进华

振动与冲击.2006,25(5):166-174

标注资助

EI收录

18

 

基于阶次跟踪与径向基网络的齿轮故障诊断研究

康海英*,栾军英,郑海起,田燕,曹进华

振动、测试与诊断,2006(增刊)209211

标注资助

EI收录

19

 

阶次包络谱在轴承故障诊断中的应用

栾军英*,康海英,郑海起,崔清斌,曹进华

振动、测试与诊断,2006(增刊)215217

标注资助

EI收录

20

 

用计算阶次跟踪法诊断齿轮箱故障

杨通强*,郑海起,唐力伟,栾军英,宋轶民,

振动、测试与诊断. 200626(增刊): 218- 220 

标注资助

EI收录

21

 

基于声测法和倒频分析的齿轮箱齿轮故障诊断研究

杨通强*,郑海起,唐力伟,栾军英

振动、测试与诊断 2004. 24(增刊)250252

标注资助

EI收录

22

 

非对称系统周期性动力学响应的封闭解法

杨通强*,宋轶民, ,郑海起, .

机械科学与技术 2005.24(11):1313- 1315

标注资助

23

 

基于角域平均和倒阶次谱分析的齿轮箱故障诊断

杨通强*,郑海起,唐力伟,栾军英

机械科学与技术 2006.25(134):452-454

标注资助

24

 

齿轮箱起动信号的倒阶次谱分析方法

杨通强*,郑海起,唐力伟,栾军英,靳秀文

河北工业大学学报2005v34(6):1-4

标注资助

25

 

非定比传动机械的计算多轴阶次分析

栾军英*,杨通强,郑海起,唐力伟,靳秀文

机械强度 2006,28(s):9~11

标注资助

26

 

Hilbert-Huang变换在行星齿轮箱故障诊断中的应用

李辉*,潘宏侠,郑海起

测试技术学报,2006202):144149

标注资助

27

 

Hilbert-Huang变换在齿轮裂纹故障诊断中的应用

李辉*,郑海起,唐力伟

机械强度,2006.28(增刊):4043

标注资助

28

 

基于EMD和包络谱分析的轴承故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

河北工业大学学报,2005341):1115

标注资助

29

 

基于EMDWigner分布的轴承故障诊断研究

李辉*,郑海起,唐力伟

石家庄铁道学院学报,2005182):1014

标注资助

30

 

基于EMD的电机转速和转矩测量

李辉*,郑海起,潘宏侠

中北大学学报,2006276):491494

标注资助

31

 

Hilbert-Huang变换能量谱在轴承故障诊断中的应用

李辉*,张立臣,郑海起,唐力伟

军械工程学院学报,2005174):3740

标注资助

32

 

基于时域平均的齿轮故障诊断

康海英*,栾军英,崔清斌,田燕,郑海起

军械工程学院学报.2006,18(1):34-36

标注资助

33

 

基于小波包和阶次包络谱的轴承故障诊断研究

康海英*,祁彦洁,栾军英,郑海起

轴承.2007,2:3740

标注资助

34

 

基于阶次跟踪的旋转机械启动过程振动分析

栾军英*,康海英,郑海起,曹进华,田广

军械工程学院学报,2005,17(2):2325

标注资助

35

 

基于阶次跟踪和BP网络的齿轮箱故障模式识别

栾军英*,康海英,郑海起,曹进华

军械工程学院学报,2006,18(2):20-23

标注资助

36

 

基于小波包变换和BP网络的齿轮箱故障诊断,

康海英*,栾军英,郑海起,田广,曹进华,

军械工程学院学报,2005,17(2):2628

标注资助

37

 

基于小波包变换和伪魏格纳分布的轴承故障诊断

康海英*、栾军英、曹进华、田  广、郑海起

军械工程学院学报,2004, 16(5):58

标注资助

38

 

基于LabVIEW的重采样阶次分析技术

田昊*,栾军英,郑海起,俞文文,高永生,

军械工程学院学报,2005,17(4):4143

标注资助

39

 

阶次跟踪分析在齿面磨损故障诊断中的应用

田昊*,栾军英,郑海起.

军械工程学院学报,2005,17(5):1518

标注资助

1

会议论文

A Method for Detecting Bearing Faults Using Hilbert-Huang Transform

Li Hui*, Zhang Yuping, Zheng Haiqi

国际、口头报告,Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement (ISTM/2005), Vol.5, 41104114

标注资助

ISTP收录

2

 

Adaptive Instantaneous Frequency Estimation of MultiComponent Signals Using Hilbert-Huang Transform

Li Hui*, Zheng Haiqi, Tang Liwei

Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement (ISTM/2005), Vol.6,50495052

标注资助

ISTP收录

3

 

Hilbert-Huang Transform for Detecting Crack Faults in Geared System

Li Hui*, Zheng Haiqi, Tang Liwei

Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement (ISTM/2005), Vol.1,276279

标注资助

ISTP收录

4

 

Application of Cyclostationary Analysis to Faults Detection of Gear Crack

Li Hui*, Zhang Yuping, Zheng Haiqi

Proceedings of the International Symposium on Test and Measurement (ISTM/2005), Vol.5, 45304533

标注资助

ISTP收录

5

 

Empirical Mode Decomposition Technique for Elimination of Cross-terms in Wigner-Ville Distribution

Li Hui*, Zhang Yuping

Proceeding of 7th International Conference on Electronic Measurement & Instruments (ICEMI’2005), Beijing, China, 2005, Vol.6, 229-232

标注资助

ISTP收录

6

 

Application of Energy Spectrum of Hilbert-Huang Transform to Faults Diagnosis of Roller Bearing

Li Hui*, Zhang Yuping

Proceeding of 7th International Conference on Electronic Measurement & Instruments (ICEMI’2005), Beijing, China, 2005, Vol.8, 203-206

标注资助

ISTP收录

7

 

Application of EMD-AR spectrum to gear faults diagnosis

Li Hui*, Zhang Yuping, Zheng Haiqi

Proceedings of The 7th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing, Guangzhou,2006.6,Vol.297100

标注资助

8

 

The Dynamic Model and Equations of the Helical Planetary Trains.

Yang Tongqiang*,Song Yimin,Zhang Ce,Zheng Haiqi,TangLiwei,Hong Lin.

ISTM/2005 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 5)4066~4069

标注资助

ISTP收录

9

 

Application of Hilbert-Huang Transform to Gearbox Signal Analysis.

Yang Tongqiang*,Zheng Haiqi,Tang Liwei,Luan Junying,Song Yimin, Hong Lin.

ISTM/2005 6th International Symposium on Test and Measurement(Volume 5)4200~4202

标注资助

ISTP收录

10

 

Monitor of working state of aeroengine with computed order analysis

Yang tongqiang*, wang ping, luan junying, zheng haiqi, tian hao

Proceedings of the first international symposium on test automation & instrumentation vol.2 2006.09 p966-968

标注资助

ISTP收录

11

 

Bearing faults diagnosis based on emd and wigner-ville distribution

Hui li* , yuping zhang

Proceedings of the 6th world congress on control and automation,2006,06:21~23

标注资助


附表2、基金资助项目统计数据表(本表是针对各种性质基金项目收集数据以便进行整体资助效果分析使用,并非要求每个项目都具有以下各类成果,特别是成果推广栏目,主要针对重大项目或一些得到应用的项目,没有可空白不填。)

获奖()

国家级

省部级

国际

学术奖

其它

自然科学奖

科技进步奖

发明奖

自然科学奖

科技进步奖

   

   

一等

二等

一等

二等

一等

二等

一等

二等

一等

二等

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

专著/

论文

(篇)

发表论文数(含已录用稿件数)

四大检索系统

专著

国际会议

全国性会议

 

收录情况

中文

外文

特邀

报告

分组

报告

特邀

报告

分组

报告

国际

刊物

国内核

心刊物

国内一

般刊物

SCI

EI

ISTP

ISR

已出版

待出版

已出版

待出版

11

   

   

   

4

23

12

4

20

11

   

   

   

   

   

专利及其它

专利(项)

成果推广及经济效益

其它成果

国内

国外

可推广项数

已推广

项数

经济效益(万元)

App/

数据库

图表/

图集

新仪器/

新方法

鉴定及

其它

申请

批准

申请

批准

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

人才培养及学术交流

人才培养(人)

举办学术会议次数及参加人数

博士后

博士

硕士

中青年学术带头人

国际

国内

出国参加国际学术会议人数

在站

出站

在读

毕业

在读

毕业

40岁以下

40-50

次数

人数

次数

人数

次数

人数

1

2

5

3

3

5

1

1

   

   

   

   

   

   

   注:此表统计数据必须与表2成果目录表和报告正文中的说明相一致。如有国际学术奖、App、图集、组织国际会议等,具体内容须在报告正文中描述。


项目负责人签字及审核意见表

项目负责人承诺:

我所承担的项目(编号:50375157  名称:基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断研究结题报告内容填写实事求是,数据详实。在今后的研究工作中,如有与本项目相关的成果,将标注“国家自然科学基金资助”,并报送国家自然科学基金委员会。

 

负责人(签章):

日期:

项目依托单位科研管理部门审查意见:

 

 

经办人(签章):         单位公章:

日期:

科学处审核意见:

 

 

完成情况

综合评分

(划

负责人(签章):

日期:

 

 

 

 

科学部核准意见对重点、重大、国家杰出青年科学基金项目

 

 

 

 

负责人(签章):

日期:

评估组或委领导意见(主要对后期评估和重点、重大、国家杰出青年基金等特殊项目)

 

 

 

组长或委领导(签章):

日期:



国家自然科学基金资助项目经费决算表

结题种类(                                                 (金额单位:万元)

填报说明:

     电子表格与书面材料所报送的决算情况必须保持一致。

项目(课题)名称

基于瞬态过程分析的齿轮箱故障诊断研究

项目(课题)负责人

郑海起

批准号

50375157

 已拨入经费(总额)

20.0000

      

预算经费

调整经费

预算总经费

经费支出

  

一.研究经费

18.0000

0.0000

0.0000

20.1000

     

1.科研业务费

7.5000

0.0000

0.0000

9.5000

     

1)测试/计算/分析费

2.0000

     

     

1.9500

     

2)能源/动力费

1.0000

     

     

1.0000

     

3)会议费/差旅费

2.0000

     

     

2.0500

     

4)出版物/文献/信息传播事务费

2.0000

     

     

4.0000

发表文章费用超过预算

5)其它

0.5000

     

     

0.5000

     

2.实验材料费

4.0000

0.0000

0.0000

3.9000

     

1)原材料/试剂/药品购置费

3.0000

     

     

2.9000

     

2)其它

1.0000

     

     

1.0000

     

3.仪器设备费

3.0000

0.0000

0.0000

3.1000

     

1)购置

3.0000

     

     

3.1000

     

2)试制

0.0000

     

     

0.0000

     

4.实验室改装费

1.5000

     

     

1.6000

     

5.协作费

2.0000

     

     

2.0000

     

二.国际合作与交流费

0.0000

0.0000

0.0000

0.0000

     

1.项目组成员出国合作交流

     

     

     

     

     

2.境外专家来华合作交流

     

     

     

     

     

三.劳务费

1.5000

     

     

1.4000

     

四.管理费

0.5

     

     

.5

     

       

20.0000

0.0000

0.0000

22.0000

超出部分由其它项目调整支付

已拨入经费结余

0.0000

本项目其他经费来源

预算经费

经费支出

国家其他计划资助经费

      

     

其他经费资助(含部门匹配)

     

2.0000

其他经费来源合计

 0.0000

 2.0000

 

项目负责人(签章):

科研管理部门负责人(签章):

财务负责人(签章):

   

   

   


附:经费使用说明表

填报说明:

a)    项目(课题)负责人需要对经费使用情况作一般说明;

b)      当预算经费与拨入经费不相等时,需要特别说明;

c)      当经费支出金额与经费预算金额相差较大时,需要着重说明。

1、本项目经费预算较准确,实际支出基本按照预算实行。

2、由于本项目发表论文数量较多,“出版物”费用超出预算经费2万元,该超出部分由项目组承担的总装通保部项目“自行火炮齿轮箱非线性理论故障诊断研究”经费予以补充。

 

 

 

负责人(签章)

              

                                                              

科研管理部门意见

 

 

 

 

 

 

     

        

财务部门意见

 

 

 

 

 

 

     

        

审计部门意见

 

 

 

 

 

 

     

        

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