[發明專利]一種基于變尺度Lempel-Ziv的軸承內外圈故障定量趨勢診斷方法在審
| 申請號： | 202110258624.3 | 申請日： | 2021-03-09 |
| 公開（公告）號： | CN113281047A | 公開（公告）日： | 2021-08-20 |
| 發明（設計）人： | 崔玲麗;安加林;王華慶;姜宏 | 申請（專利權）人： | 北京工業大學 |
| 主分類號： | G01M13/045 | 分類號： | G01M13/045 |
| 代理公司： | 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203 | 代理人： | 沈波 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 尺度 lempel ziv 軸承 外圈 故障 定量 趨勢 診斷 方法 | ||
1.一種基于變尺度Lempel-Ziv的軸承內外圈故障定量趨勢診斷方法，其特征在于：該方法包括采集軸承故障振動信號、根據軸承故障振動信號特點構造原子庫、對軸承故障振動信號進行匹配追蹤構建重構信號、構建重構信號的故障沖擊區和沖擊衰減區、對重構信號進行變尺度二值化處理、依次迭代得到重構信號的變尺度Lempel-Ziv復雜度值、繪制變尺度Lempel-Ziv復雜度值與軸承內、外圈故障大小關系圖，繼而進行軸承內外圈故障定量趨勢診斷。
2.根據權利要求1所述的一種基于變尺度Lempel-Ziv的軸承內外圈故障定量趨勢診斷方法，其特征在于：振動信號采集的步驟實施如下；
采用滾動軸承內、外圈故障信號進行驗證分析；實驗系統由軸承實驗臺、HG3528A數據采集儀、筆記本電腦組成；其中軸承實驗臺由三相異步電機通過撓性聯軸器與裝有轉子的轉軸連接，軸由兩個6307軸承支撐；電機轉速R＝1497r/min，軸承的大徑D＝80mm，小徑d＝35mm，滾動體個數為8個，接觸角為0，加速度傳感器固定在軸承座的正上方和水平方向；在軸承的內、外圈滾道中央加工出直徑大小分別為0.5mm、2mm、3.5mm和5mm的凹坑模擬點蝕故障，得到不同故障尺寸的內、外圈軸承故障實驗信號，用來模擬滾動軸承的不同程度損傷。
3.根據權利要求1所述的一種基于變尺度Lempel-Ziv的軸承內外圈故障定量趨勢診斷方法，其特征在于：原子庫構造的實施步驟如下；
設采集到的振動信號的時域表示為x(t)，根據其故障沖擊特征，構建原子庫；
以正弦函數作為傅里葉(Fourier)字典的基元函數，負指數函數與正弦函數乘積得到的指數衰減函數作為沖擊時頻字典的基元函數，以傅里葉字典和沖擊時頻字典構成匹配追蹤算法的復合字典；
正弦函數原子定義為：
式中f1為正弦信號原子的頻率參數，λ為正弦信號原子的相角，Kfou為正弦信號原子的歸一化系數，t為信號的采樣時長，π取3.14；
為保證每個原子具有單位能量，即：
沖擊函數φimp(p,u,f2,Φ)原子定義為：
式中p為沖擊響應的阻尼衰減特性，u為沖擊響應事件發生的初始時刻(s)，f2為沖擊信號原子的頻率參數，Φ為沖擊信號原子的相位偏移，Kimp為沖擊信號原子的歸一化系數，t為信號的采樣時長，e為自然常數。
4.根據權利要求1所述的一種基于變尺度Lempel-Ziv的軸承內外圈故障定量趨勢診斷方法，其特征在于：構建重構信號的實施步驟如下；
設待分析的原始振動信號的時域表示為x(t)，構建重構信號：
(1)初始化殘差，將待分析信號x(t)賦給初始殘差信號R0，得到初始殘差信號R0＝x(t)；
(2)分別從Fourier字典和沖擊時頻字典φimp＝{g2k,k＝1,2,3…K，K為迭代次數}中，分別進行正弦函數匹配原子g1k和沖擊函數匹配原子g2k的選取，并進行正弦函數匹配系數c1k和沖擊函數匹配系數c2k的選??；則第k次迭代得到的加權信號投影xk為：
為保證重構信號具有單位能量，式中，a1為正弦函數原子庫的加權系數，a2為沖激函數原子庫的加權系數，且
(3)將殘差信號在每次迭代的匹配原子上投影，則第k次迭代后的殘差信號為Rk+1；
Rk+1＝Rk-xk
(4)終止條件選擇基于衰減系數的殘差比閾值，若滿足則結束迭代進入步驟(5)；否則重復執行步驟(2)～(4)；
(5)重構信號近似表示為：
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