[發明專利]一種列車轉向架軸承服役過程監測與故障診斷系統及方法

有效

• 申請號: 201410509086.0
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104236911B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 周玉勤;朱海勇;邢宗義;王夫歌;王曉浩;左成;陳岳劍;郭翔
• 申請（專利權）人: 江蘇潤儀儀表有限公司;南京理工大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種列車轉向架軸承服役過程監測與故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，對滾動軸承的振動信號x(t)進行奇異值分解消噪，得到消噪后的信號y(t)；

步驟2，對消噪后的信號y(t)進行總體平均模式集合經驗模分解，得到一系列的本征模態函數IMF_n；

步驟3，對本征模態函數IMF_n進行Hilbert變換得到Hilbert-Huang譜；

步驟4，根據Hilbert-Huang譜對振動信號進行異常頻率檢測；

步驟5，根據異常頻率檢測結果，提取振動信號統計狀態特征即標準平方和T²和平方預估誤差SPE，獲得正常及故障狀態下的特征向量；

步驟6，依據獲得的正常及故障狀態下的特征向量，利用支持向量機SVM完成正常及故障特征點的分類，獲取最佳分類面即安全域邊界，提取列車正常運行狀態的振動信號，計算出振動信號的特征向量，參考安全域邊界判別特征向量是在安全域外還是安全域內，也就是軸承的正常與否，從而進行精細故障診斷。

2.根據權利要求1所述的列車轉向架軸承服役過程監測與故障診斷方法，其特征在于，步驟1所述對滾動軸承的振動信號x(t)進行奇異值分解消噪，得到消噪后的信號y(t)，具體步驟如下：

(1.1)振動信號x(t)表示為x＝[x₁,x₂,x₃,…,x_N]，構造吸引子軌跡矩陣D_m：

$D_m={\left(\begin{array}{cccc}{x}_1& x_2& ...& x_n\\ x_{l\×\mathrm{\τ}+1}& x_{l\×\mathrm{\τ}+2}& ...& x_{l\×\mathrm{\τ}+n}\\ ...& ...& ...& ...\\ x_{(m-1)\×\mathrm{\τ}+1}& x_{(m-1)\×\mathrm{\τ}+2}& ...& x_{(m-1)\×\mathrm{\τ}+n}\end{array}\right)}_{m\×n}$

式中：τ為時間延遲，m為嵌入維數，N為振動信號的分量個數，n＝N-(m-1)×τ；

(1.2)采用復自相關法選擇時間延遲τ，時間序列{x_n}的復自相關函數為：

$R_{xx}^m\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{j=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{xx}\left(j\mathrm{\τ}\right)$

其中，m為嵌入維數，j為延時時間的倍數，取的第一個過零點為時間延遲τ；

(1.3)對矩陣D_m進行奇異值分解：

D_m＝USV'

其中，U∈R^m×n，V'∈R^n×n，且UU'＝I，VV'＝I，S＝diag(σ₁，σ₂，…，σ_r)，m為嵌入維數，n為第n個振動信號分量，(σ₁，σ₂，…，σ_r)為矩陣D_m奇異值分解后的對角矩陣，其中σ_r為奇異值分量，R^m×n為m×n維實數矩陣；

(1.4)將噪聲信號對應的奇異值置0，構造新的特征矩陣，利用此矩陣進行反奇異值計算即可得到降噪后的故障信號y(t)。