[發明專利]一種電機滾動軸承故障診斷方法及其診斷系統

有效

• 申請號: 201810178090.1
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108195587B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 劉一龍;陳雪峰;張興武;孫闖;田紹華;李明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 北京前審知識產權代理有限公司 11760
• 代理人: 張波濤;陳旭

1.一種電機滾動軸承故障診斷方法，其包括如下步驟：

第一步驟(S1)：設置包括徑向X、前向Y、垂向Z三個方向的三維坐標系，在電機滾動軸承附近布置三向加速度傳感器以獲得三向振動信號，其中，設置每次進行分析的信號時長為T，三向振動信號表示為振動向量矩陣Acc＝[Acc_x，Acc_y，Acc_z]，其中，Acc_x，Acc_y，Acc_z分別表示X、Y、Z三向上的振動向量；

第二步驟(S2)：布置轉速傳感器和電流計以獲取滾動軸承的轉速脈沖信號和測量電機定子的電流信號，其中，轉速脈沖信號表示為轉速向量V，定子的電流信號表示為電流向量I；

第三步驟(S3)：設置判斷電流平穩度的最大允許偏差σ_I，設置判斷轉速平穩度的最大允許偏差σ_v，在T時間段內，通過如下預定條件截取轉速及電流平穩工況下的振動數據：

其中，若判定為無效數據，則丟棄T時間段內存儲的振動向量矩陣Acc、轉速向量V以及電流向量I；若評判結果為有效數據，記錄振動向量矩陣Acc、轉速平均值和電流平均值

第四步驟(S4)中，提取第三步驟(S3)中判定有效的T時間段內的三向振動數據Acc，分別計算三向振動數據的標準差以及分別計算三個方向復合時域指標Amp：其中，N表示T時間段內振動數據的總采樣點數，x_i表示T時間段內第i個點的振動幅值，表示T時間段內振動數據的平均值，δ表示T時間段內所有數據的標準差；

第五步驟(S5)：測試獲得閾值表，所述閾值表為實際運行中出現頻率最高的轉速與電流的組合，所述閾值表的行表征軸承轉速V，所述閾值表的列表征電機負載的定子電流I，其中，根據給定的定子電流和軸承轉速可唯一確定一個3*3維的閾值矩陣，所述閾值矩陣中，第一列表示x方向的輕度故障報警閾值、中度故障報警閾值以及重度故障報警閾值，第二列表示y方向的輕度故障報警閾值、中度故障報警閾值以及重度故障報警閾值，第三列表示z方向的輕度故障報警閾值、中度故障報警閾值以及重度故障報警閾值，其中輕度故障報警閾值取值為無故障平穩運行時計算得到的復合時域指標Amp的1.3倍至2倍，中度故障報警閾值取值為無故障平穩運行時計算得到的復合時域指標Amp的2-3倍，重度故障報警閾值取值為無故障平穩運行時計算得到的復合時域指標Amp的3倍以上；

第六步驟(S6)中，第四步驟(S4)中獲得的三個方向的復合時域指標與所述閾值表進行比對得出故障程度并進行報警。

2.根據權利要求1所述的一種電機滾動軸承故障診斷方法，其特征在于，優選的，所述方法還包括：

第七步驟(S7)：若產生了報警，將數據傳輸到地面端進行頻譜分析，計算兩個軸承的內圈、外圈、滾子以及保持架的特征頻率，并計算所有特征頻率中的最大特征頻率f_max；設置可變帶寬和中心頻率的復Morlet小波濾波器組的帶寬數組為：

濾波器的中心頻率為：

其中F_s為采樣頻率；以中心頻率和帶寬為變量的小波系數為：

W(CF，δ)＝F^-1{X(f)U(δ，f)}

其中X(f)為振動信號向量Acc的傅里葉變換，δ為濾波器的帶寬系數，取值為δ＝c*BW，其中c為帶寬修正系數，F^-1表示傅里葉逆變換，且：

譜峭度為其中，E表示均值運算；

第八步驟(S8)：選取譜峭度最大的帶寬及對應的中心頻率對信號進行濾波，進而對濾波后的信號進行包絡解調，得到滾動軸承故障振動信號包絡后的頻譜譜線；

第九步驟(S9)：將頻譜譜線與滾動軸承特征頻率進行對比，比對的最大允許偏差值用Rel表示，其計算公式如下：

其中，分析時間長度為T，單位為秒，頻率分辨率為1/(2T)，將頻譜圖中的頻率與電機兩個軸承的內圈、外圈、保持架以及滾子故障頻率進行對比，如果處于理論特征頻率值及其倍頻的正負Rel范圍內出現突出的譜線，則可以確定存與對應理論特征頻率值相對應的故障類型。