[發明專利]一種港機車輪軸承的故障狀態識別方法

在審

• 申請號: 201811595105.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109612729A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 劉鋒;翟佳緣;金慧迪;王國鋒;安華
• 申請（專利權）人: 天津金岸重工有限公司
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開港機車輪軸承的故障狀態識別方法，是將采集的不同故障狀態下港機車輪軸承振動信號數據均勻分割形成多個樣本，構建形成分類標簽矩陣；對所有樣本分別進行時域、頻域及時頻域特征提取得到特征數，建立以樣本總數作為行數，以特征數作為列數的高維原始特征數據集矩陣；采用皮爾遜相關系數和殘差分析相結合方法，對得到的特征參數進行相關性分析，提取判別特征對高維原始特征數據集矩陣降維，得到樣本特征矩陣；將降維后樣本特征矩陣及對應的標簽矩陣，導入深度置信網絡算法分類訓練，得到軸承故障狀態分類模型。本發明能準確有效地檢測軸承故障，克服了傳統方法在軸承故障識別中的不足。

技術領域

本發明涉及裝備系統故障監測診斷技術領域，特別是涉及一種基于相關系數以及深度學習的港機車輪軸承的故障狀態識別方法。

背景技術

港機臺車軸承是一種承載量大、工作轉速低且工作頻繁的滾動軸承，在運行中承受較大載荷。軸承一旦發生故障會嚴重影響生產，同時軸承相應的維修更換工作周期較長，這會導致較大經濟損失。因此有必要對軸承故障狀態進行監測以提高的生產工作效率。傳統的軸承故障檢測技術主要包括鐵譜診斷技術以及溫度診斷技術等，但鐵鋪診斷技術僅適用于潤滑油潤滑的軸承故障診斷，不具有推廣性；溫度診斷技術對軸承燒傷判斷較好，但僅適用于機器中軸承的簡單常規診斷。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種港機車輪軸承的故障狀態識別方法。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種港機車輪軸承的故障狀態識別方法，包括以下步驟：

S1、在港機車輪軸承上安裝振動傳感器，通過振動傳感器采集不同故障類別下運轉狀態的軸承振動加速度信號；

S2、將不同故障狀態下的軸承振動信號數據均勻分割形成多個樣本，每種軸承故障狀態都有由N個樣本形成的樣本集，樣本總數T＝N*C，C是軸承故障類別數；按軸承故障類別對相應的樣本進行標記，標注值為1、2、…C,構建形成分類標簽矩陣L＝T×1，其中行數與樣本總數相同為T，列數為1列；

S3、對所有樣本分別進行時域、頻域以及時頻域特征提取得到特征數B，然后以樣本總數T作為高維原始特征數據集的行數，以特征數B作為高維原始特征數據集的列數，得到高維原始特征數據集矩陣T×B；

S4、采用皮爾遜相關系數和殘差分析相結合方法，對所得到的高維原始特征數據集矩陣T×B進行相關性分析，提取最具有預定判別度的Z個特征對高維原始特征數據集矩陣降維，得到樣本特征矩陣為T×Z；

S5、在計算機中輸入降維后的樣本特征矩陣T×Z以及對應的分類標簽矩陣L，導入深度置信網絡算法進行分類訓練，得到軸承故障狀態分類模型；

S6、利用所述軸承故障狀態分類模型，通過步驟S3、S4對采集的港機車輪軸承振動加速度信號進行特征提取以及特征降維，將降維后的特征矩陣作為模型輸入，輸出狀態識別的結果。

所述振動傳感器為壓電式振動傳感器。

所述的時域特征包括均值、均方根值、峰值、方差、峰峰值、信號能量、波峰因數、峭度、脈沖指標、偏度和裕度系數；

所述的頻域特征包括功率譜和、功率譜均值、功率譜方差、功率譜偏度、功率譜峭度和功率譜峰值；

所述的時頻域特征包括時頻總能量、時頻能量隨時間分布方差、時頻能量隨時間分布偏度、時頻能量隨時間分布峭度、時頻能量隨頻率分布方差、時頻能量隨頻率分布偏度、時頻能量隨頻率分布峭度。

本發明提出的基于相關系數以及深度學習的港機車輪軸承的故障狀態識別方法，利用相關性分析算法以及深度學習理論，深層次地挖掘軸承信號數據中的有效信息，能準確有效地檢測軸承故障，克服了傳統方法在軸承故障識別中的不足。