一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104535323A(43)申请公布日2015.04.22(21)申请号201510014049.7(22)申请日2015.01.12(71)申请人石家庄铁道大学地址050043河北省石家庄市北二环东路17号(72)发明人杨绍普刘永强廖英英马增强赵志宏马新娜顾晓辉(74)专利代理机构石家庄冀科专利商标事务所有限公司13108代理人刘伟(51)Int.Cl.G01M13/04(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法(57)摘要本发明公开了一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法，属于轴承测试技术领域。本方法首先对采集到的机车轮对轴承的振动加速度信号在时域和频域内进行分析，判断出轴承是否处于故障状态以及故障的具体部位，然后再开创性的对振动加速度进行角域分析，进而得到故障的定量分析数据，以便于对故障的严重程度有所掌握并对下一步的故障监测提供基础数据。本发明采用时域、频域和角域相结合的分析方法，可以准确提供轴承有无故障、故障类型和故障严重程度等信息，特别是开创性的提出了角域故障诊断方法，对故障发展程度有了准确的监测方式，为后续的故障处理提供了更加丰富的参考数据。CN104535323ACN104535323A权利要求书1/2页1.一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：第一步、安装设备：在机车轮对轴承端盖处安装旋转编码器，在机车轮对轴承箱体安装加速度传感器，在机车司机室安装采集仪和分析仪；旋转编码器和加速度传感器的输出与采集仪的输入相连，采集仪的输出与分析仪的输入相连；第二步、采集信号：当机车轮对轴承旋转时，所述分析仪经由采集仪从加速度传感器处得到等时间间隔采样的第一振动加速度时域序列，采集仪参照旋转编码器的脉冲信号从加速度传感器处等角度采样得到第二振动加速度时域序列并发送至分析仪；第三步、利用时域信号判断轮对轴承是否处于故障状态：将第一振动加速度时域序列进行高通滤波，计算滤波后的第一振动加速度时域序列的特征参数，将特征参数的数值与正常运转情况下的正常阈值相比较，超出时，说明该轮对轴承存在故障，进入下一步进行处理；否则，不予处理，返回上述第二步；第四步、利用频域信号判断轴承的具体故障部位：对上一步中判断出故障的第一振动加速度时域序列，利用共振解调法绘制包络频谱图，根据包络频谱图判断具体的故障部位为外圈、内圈或是滚子；第五步、利用角域信息对故障进行定量诊断，对故障严重程度进行监测：(1)将角度信号和第二振动加速度时域序列的振幅信号转换为极坐标形式：对于采集到的数据(αi,zi)，i＝1、2、3、...、n，n为旋转编码器的分辨率值，计算新的坐标系(xi,yi)：xi＝R+zicos(αi)(7)yi＝R+zisin(αi)(8)其中，αi为将360°按照n进行分割的第i个角度值；zi为加速度传感器与αi对应的第i个振幅；R为任意大于最高振幅两倍的常值；(2)根据上述得到的(xi,yi)绘制极坐标下的角度—加速度振幅的角域振动曲线；(3)将上述得到的角域振动曲线按角度划分为两部分：第一部分为承载区，从圆周底部开始沿正向和逆向方向各30度角的区域；第二部分为其他区域；(4)计算承载区内振动加速度振幅的均方根值，并将上次计算得到的数值作为轮对轴承故障严重程度的评价指标；将后续监测得到的均方根值与评价指标相比得到轮对轴承的故障变化情况。2.根据权利要求1所述的一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法，其特征在于上述第三步中所述第一振动加速度时域序列的特征参数为：波形因数Sf、峰值因数Cf和峭度指标Kv，所述特征参数为振幅信号的特征参数。3.根据权利要求1所述的一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法，其特征在于上述第四步的具体操作流程为：(一)带通滤波：对第三步中高通滤波后的第一振动加速度时域序列的振幅信号采用切比雪夫滤波器进行带通滤波处理，上、下截止频率由谱峭度法确定；(二)包络检波：对(一)步中得到的信号进行Hilbert希尔伯特变换，取上包络；(三)低通滤波：对(二)步中得到的信号利用切比雪夫滤波器进行低通滤波；(四)傅里叶变换：对(三)步中得到的信号进行傅里叶变换，绘制频域的包络谱曲2CN104535323A权利要求书2/2页线；(五)计算轮对轴承内圈的瞬时转速信息，得到最小转速和最大转速，计算故障特征频率值并确定故障特征频率区段；(六)根据(四)步的包络谱曲线和(五)步确定的故障特征频率区段，判断轴承的具体故障部位。4.根据权利要求1所述的一种基于角域-时域-频域的机车轮对轴承故障诊断方法，其特征在于在上述第一步中，加