[發明專利]基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷方法、系統及試驗臺

有效

• 申請號: 202110154558.5
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112729817B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 繆炳榮;陳輝;裘楊喆;彭齊明;雒耀祥;張盈;趙浪濤;張哲;劉俊利
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028;G01M17/08;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 成都熠邦鼎立專利代理有限公司 51263
• 代理人: 李曉英

本發明涉及基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷方法、系統及試驗臺，包括：S1，采集數據：獲取齒輪箱的振動信號、噪聲信號、齒輪箱軸承處的溫度信號、齒輪軸的位移信號、齒輪箱潤滑油的油液數據；S2，對S1采集的多源數據分別進行預處理；S3，根據預處理后的多源數據，利用多傳感器數據融合技術對齒輪箱的故障進行診斷。本發明通過不同種類的傳感器獲取齒輪箱的振動、溫度、噪聲、位移等多源數據信號，通過多傳感器數據融合技術進行故障診斷，充分發揮了各個傳感器與數據源冗余互補的功能，能夠較完整清晰地表達出齒輪箱的故障信息，提高了對齒輪箱故障的定位能力以及對復合故障的診斷能力；本發明方法的診斷結果更加精準、可靠。

技術領域

本發明涉及軌道交通技術領域，尤其涉及基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷方法、系統及試驗臺。

背景技術

齒輪箱作為高速列車動力轉向架的關鍵核心部件，是高速列車能量轉換與傳遞的核心單元，其安全穩定性直接影響著高速列車的安全性和可靠性。目前，針對高速列車齒輪箱的故障診斷主要是通過加速度傳感器采集齒輪箱的振動信號，然后利用振動信號所包含的信息進行狀態監測和故障診斷。該方法雖然簡單且運用廣泛，但具有以下缺陷：

（1）基于振動信號對高速列車齒輪箱進行故障診斷，往往通過在齒輪箱的箱體表面布置加速度傳感器對振動信號進行采集，再對采集到的信號進行處理，從而實現對齒輪箱的故障診斷。

然而，由于加速度傳感器屬于接觸式傳感器，即獲取振動信號時必須要與齒輪箱表面相接觸，在特殊工況下（如高溫、高腐蝕、有毒的環境）使用受限，在實際運用中也勢必會影響設備的運行狀態；并且振動信號相較于其它信號（如噪聲信號），對故障的敏感性較差，而齒輪箱內部相關部件的早期信號非常微弱，基于振動信號的診斷方法對這種早期故障不能及時發現、預警。

（2）其采用單一類型傳感器對齒輪箱的故障信息進行獲取，傳感器的安裝數量有限，并且由于信號源單一，不能清晰、完整地表達出齒輪箱的故障信息，對齒輪箱故障的定位能力也不足。

此外，單一傳感器特別容易受到外界環境的影響，其故障診斷的準確率較低，通常在50%左右，甚至可能得出錯誤的結論，診斷結果的可信度不高，存在著很大的模糊性和不確定性；當齒輪箱有復合故障發生時，基于單源數據的故障診斷方法顯得無能為力。

現有技術只利用了單源數據進行信號處理和分析，不能準確地識別齒輪箱的故障類型，難以準確地定位故障發生的部位。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題，提供基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷方法、系統及試驗臺。

本發明通過下述技術方案實現：

基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷方法、系統及試驗臺，包括以下步驟：

S1，采集數據：獲取齒輪箱的振動信號、噪聲信號以及齒輪箱軸承處的溫度信號、齒輪軸的位移信號；并對齒輪箱的潤滑油進行油液分析，獲得油液數據；

S2，對S1采集的多源數據分別進行預處理；

S3，根據預處理后的多源數據，利用多傳感器數據融合技術對齒輪箱的故障進行診斷。

進一步的，所述S3包括：

S3.1對預處理后的多源數據分別進行故障特征提取，獲得反映齒輪箱故障狀態的特征參數；

S3.2，將S3獲得的特征參數分別輸入對應的BP神經網絡模型進行故障特征識別，獲得故障特征；

S3.3，根據故障特征，使用D-S證據理論進行融合診斷，得到最終的故障診斷結果。

基于多源數據融合的齒輪箱故障診斷系統，包括數據采集系統、數據預處理系統和多傳感器數據融合系統；