摘要
滚动轴承作为旋转设备中重要的功能件对设备正常运行起关键作用，且现代设备逐渐趋于智能化和复杂化，使得轴承更多地处于变速变载的工况下。复杂的服役环境导致轴承的故障成为设备的主要失效形式，所以企业越来越重视变速变载下轴承的故障预测和健康管理。由于压力机中的飞轮轴承是典型的变速变载轴承，且飞轮轴承故障是压力机的主要失效形式，严重影响生产的效率和安全性，加上变速变载轴承寿命难以估计，所以为实现变速变载下滚动轴承故障的精准预测，本文以压力机飞轮轴承为背景研究变速变载滚动轴承的故障精准预测问题，以指导企业对设备中旋转零部件的健康管理，主要研究内容如下: (1)以SL4-2500A压力机飞轮轴承为例，通过压力机主传动系统的建模仿真得到飞轮轴承的变工况参数，并以飞轮轴承变速变载工况为背景，搭建了变速变载轴承疲劳寿命实验台，获得了变速变载和定速定载两种工况下滚动轴承全生命周期的振动数据集和温度数据集。 (2)为了准确提取变速变载下轴承故障特征，提高故障预测精度，本文对传感器采集的原始振动和温度时序数据进行预处理。使用快速傅里叶变换实现振动信号的降噪，并提取六维时域特征;使用2次B样条曲线对温度信号进行插值，实现温度信号和振动信号的数量规约;使用局部线性嵌入法将振动和温度信号构成的七维特征数据集降为三维，得到多源信息融合的综合特征数据集。 (3)基于上述提取的特征，提出了一种多源信息融合的变速变载滚动轴承故障预测方法。基于XGBoost算法将多源信息融合的三维综合特征用于变速变载滚动轴承的故障预测，并与使用三维综合振动特征得到的故障预测结果进行比较，验证了多源信息融合方法的有效性。 (4)考虑到变速变载工况下轴承信号复杂、寿命难以估计等问题，开发了基于B/S架构的变速变载滚动轴承状态监测和故障预测系统，包含数据采集、状态监测、数据预处理、故障预测、数据管理和系统管理功能模块，该系统可实现变速变载工况下轴承时序数据的及时采集和有效处理。
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