顶管机是非开挖技术中的重要机械装备,在非开挖工程中得到广泛的应用。顶管机齿轮箱是顶管机动力系统中重要的组成部分,起到了传递动力的作用。由于顶管机工作在地下环境,受到变速、变载荷等工况的影响,其齿轮箱容易发生故障导致停机,造成经济损失。因此,有效地开展顶管机齿轮箱状态监测及故障诊断具有重要意义。本文采用振动诊断法对顶管机齿轮箱进行状态监测及故障诊断。受到施工要求及土质变化的影响,顶管机齿轮箱常常工作在变转速下,振动信号是非稳态信号,传统的信号分析方法无法准确地分析信号中的故障信息。针对以上问题,本文开展了基于瞬时频率估计的阶次分析方法研究,并应用于顶管机齿轮箱故障诊断与监测,主要工作内容如下:(1)采用阶次分析方法对顶管机齿轮箱运行中的非平稳信号特征进行分析。对阶次分析的实现方法特别是计算阶次分析算法进行了研究。(2)采用基于瞬时频率估计转速的阶次分析方法对顶管机齿轮箱运行中的非平稳信号进行分析。针对传统瞬时频率估计转速方法的优缺点,提出了融合核模糊C聚类及频谱质心的瞬时频率估计算法。采用数值模拟和实验对算法进行验证。(3)搭建了顶管机齿轮箱模拟测试试验台,设计了基于EtherCAT工业以太网总线的运动控制、数据采集硬件系统。开发了测控系统的软件。针对传感器安装对振动信号传递的影响进行了详细的分析。(4)在分析了顶管机齿轮箱故障模型及特征参数的基础上,设计了顶管机齿轮箱故障诊断的实验方案,采集顶管机齿轮箱振动数据及试验台振动数据,分别采用频域分析和阶次分析方法对匀速和变速工况下的振动信号进行分析,做出故障诊断。在地下运行实验结果表明,该方法可以应用于实际,对顶管机齿轮箱故障诊断有一定参考意义。