[發(fā)明專利]一種活齒減速器故障定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310073096.X
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103175687A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周余慶;李峰平;薛偉;馬光;鄭蓓蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京中北知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11253
• 代理人: 程春生

1.一種活齒減速器故障定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）采集活齒減速器在正常運行狀態(tài)下的振動時域信號；從振動時域信號中截取連續(xù)的采樣數(shù)為n的不重疊的V組正常信號；并將每組時域信號的波形轉(zhuǎn)換成頻域分布；其中n和V均為大于1的正整數(shù)；

（2）分別計算V組正常信號數(shù)據(jù)的8個特征參數(shù)C₁～C₈，構(gòu)成觀測數(shù)據(jù)集C={C_vi}_V×8；對C做改進的主分量分析處理，得到時頻主分量Y和載荷矩陣W；

（3）根據(jù)時頻主分量Y的χ²統(tǒng)計量U，構(gòu)建時頻主分量統(tǒng)計特征圖，并繪制出時頻主分量統(tǒng)計特征圖上的正常區(qū)域；

（4）采集活齒減速器在第一故障狀態(tài)下的振動時域信號，從振動時域信號中截取連續(xù)的采樣數(shù)為n的不重疊的V組故障信號；并將每組時域信號的波形轉(zhuǎn)換成頻域分布；

（5）分別計算V組故障信號數(shù)據(jù)的8個特征參數(shù)構(gòu)成觀測數(shù)據(jù)集對C^(b)做標(biāo)準(zhǔn)化處理后與載荷矩陣W相乘，得到第一故障時頻主分量Y^(b)；

（6）在時頻主分量統(tǒng)計特征圖上繪制由第一故障時頻主分量Y^(b)構(gòu)成的第一故障分區(qū)；

（7）按照步驟（4）-（6）所示的方法遍歷活齒減速器的所有故障狀態(tài)，在時頻主分量統(tǒng)計特征圖上得到若干個故障分區(qū)；

（8）采集活齒減速器在運行狀態(tài)下的振動時域信號；從振動時域信號中截取連續(xù)的采樣數(shù)為n的不重疊的V組待診斷信號；并將每組時域信號的波形轉(zhuǎn)換成頻域分布；

（9）分別計算V組待診斷信號數(shù)據(jù)的8個特征參數(shù)C₁'～C₈'，構(gòu)成觀測數(shù)據(jù)集C'={C_vi'}_V×8；對C'做做標(biāo)準(zhǔn)化處理后與載荷矩陣W相乘，得到待診斷時頻主分量Y'；

（10）在時頻主分量統(tǒng)計特征圖上繪制由待診斷時頻主分量Y'構(gòu)成的待診斷區(qū)域；

（11）若待診斷區(qū)域位于正常區(qū)域內(nèi)，則判斷出活齒減速器無故障；若待診斷區(qū)域位于任意一個故障分區(qū)內(nèi)，則判斷出活齒減速器存在與故障分區(qū)對應(yīng)的故障類型；否則，活齒減速器存在未知故障。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活齒減速器故障定位方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括4個時域分布中的無量綱統(tǒng)計特征參數(shù)：

波形指標(biāo)：C1=xrmsx‾]]>峰值：C2=xmxrms]]>

偏斜度：C3=1s3Σi=1n(xi-x‾)3n-1]]>峭度：C4=1s4Σi=1n(xi-x‾)4n-1-3]]>

以及4個頻域分布中的無量綱統(tǒng)計特征參數(shù)：

穩(wěn)定率：C5=N0Nm]]>波高率：C6=PmPrms]]>

功率譜標(biāo)準(zhǔn)差：C7=Σi=1n/2(fi-fm)·PiΣi=1n/2Pi]]>頻率高低比：C8=Σi=n/4n/2PiΣi=1n/4Pi]]>

其中，x_i為采樣點i的振動時域信號，x_m=max{x_i|i=1,…,n}，s=1n-1Σi=1n(xi-x‾)2;]]>

P_i為頻率f_i的功率譜，P_m=max{P_i|i=1,…,n}，N0=Σi=1n/2{fi2·Pi}Σi=1n/2Pi,]]>Prms=1n/2Σi=1n/2Pi2.]]>

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活齒減速器故障定位方法，其特征在于，所述改進的主分量分析處理包括如下步驟：

（3.1）令觀測數(shù)據(jù)集為D，D＝{d_ij}_V×8；

（3.2）對觀測數(shù)據(jù)集D做標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z_V×8：

Z＝{z_ij|z_ij=(d_ij—μ_j)/s_j}，其中μ_j和s_j分別表示第j列的樣本均值與樣本標(biāo)準(zhǔn)差；

（3.3）計算Z的樣本協(xié)方差矩陣Q：

Q={qij}8×8={1V-1Σk=1V(zki-μzi)(zkj-μzj)}8×8,]]>

其中μzi=Σr=1VzriV,]]>μzj=Σr=1VzrjV;]]>

（3.4）解|Q–λE|=0方程組，E為單位陣，求出Q的特征值λ_j與特征向量t_j；

記Λ＝{λ_j，j=1,2,…,8}為特征值按從大到小順序排序后的特征值序列，按照主元貢獻(xiàn)率法確定主分量維數(shù)H：

H=min{k|Σi=1kλiΣi=18λi≥CPV,k=1,···8},]]>CPV為確定主元個數(shù)的控制限；記Λ_H=diag{λ₁,…,λ_H}為前H個最大特征值為對角線構(gòu)成的對角陣，T＝{t₁,t₂,…,t_H}_8×H為前H個最大特征值對應(yīng)的特征向量矩陣；

（3.5）根據(jù)貝葉斯理論，采用極大似然估計法確定載荷矩陣W：

W_8×H=T(Λ_H-σ²E)^1/2，σ2=18-HΣk=H+18λk]]>

（3.6）令Y＝ZW，則Y_V×H為時頻主分量。