[發明專利]一種礦井提升機傳動部件中軸承故障診斷方法

在審

• 申請號: 202110908516.6
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113591248A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 蔣棟年;把余江;高玉鑫;曹慧超;申富媛;毛海杰;李亞潔;魯春燕
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/16;G06F119/02
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 周立新

發明提供了一種礦井提升機傳動部件中軸承故障診斷方法，通過振動加速度傳感器采集軸承正常狀態時和故障狀態時振動信號，并將所采集到的模擬信號轉換為數字信號；然后將將所數字信號采用集合經驗模態分解樣本熵特征提取方法，得到軸承在正常狀態下和故障狀態下的信息熵H（X_i）和H^f1（X_i），并對H（X_i）和H^f1（X_i）進行比對，從而診斷軸承故障。本發振動加速度傳感器明將采集到的相關數字信號采用集合經驗模態分解法提取數據，并進行EEMD分解，得到傳感器實際輸出與期望輸出的數據殘差ri，通過殘差ri計算得到相應信息熵，通過對信息熵的比對即可實現滾動軸承的故障診斷，從而提高了礦井提升機整個傳動部件的可靠性和安全性。

技術領域

本發明屬于軸承故障診斷技術領域，涉及一種礦井提升機傳動部件中軸承故障診斷方法。

背景技術

礦井提升機指得是采礦工程專業中建立聯系井下工作與井上地面的一個運輸機械。在礦井中，礦井提升機是煤礦井下工作和井上地面的作業自動化機械。礦井提升機主要包括由三相電機、減速機、卷筒(或滑動摩擦輪)、制動系統、深度的警示標志軟件管理系統、移動測速速度限制系統和操作軟件系統等組合而成。

目前對礦機提升機中軸承異常檢測以機器學習為主導的相關算法已成功應用，但該方法容易忽略了滾動軸承可能出現的一些早期故障，從而使得整個礦機提升系統出現安全性和可靠性問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在軸承早期故障難以診斷的問題，提供一種可診斷軸承早期故障的礦井提升機傳動部件中軸承故障診斷方法。

為此，本發明采取如下技術方案：

一種礦井提升機傳動部件中軸承故障診斷方法，包括以下步驟：

（1）通過振動加速度傳感器采集軸承正常狀態時和故障狀態時振動模擬信號，并將所采集到的模擬信號轉換為數字信號；

（2）將數字信號采用集合經驗模態分解樣本熵特征提取方法，得到軸承在正常狀態下的信息熵H（X_i）和故障狀態下的信息熵H^f1（X_i）；

（3）將軸承正常狀態下與故障狀態下的信息熵進行比對：H（X_i）- H^f1（X_i）。

進一步地，所述步驟（1）中對采集到的振動模擬信號通過信號調理以及A/D轉換成為數字信號，然后將數字信號進行實時處理。

進一步地，所述步驟（2）中對實時處理后的數字信號采用集合經驗模態分解法提取數據，得到傳感器實際輸出與期望輸出的數據殘差r_i，通過數據殘差r_i計算出振動加速度傳感在軸承正常狀態以及故障狀態時的信息熵H（X_i）和H^f1（X_i），其計算公式為：

（1）

式中，為多元正態分布的協方差矩陣，n為數據維數。

進一步地，所述公式（1）引入H（X_i）-H^f1（X_i），得到

（2）

式中：為軸承發生故障時的概率密度函數。

進一步地，所述公式（2）符合K-L散度的表達式，即

（3）

進一步地，所述對計算公式（1）引入馬哈拉諾比斯變換得到改進后的公式：

（4）

式中：為多元正態分布的協方差矩陣，n為數據維數。

將公式（4）引入公式（3）中得到：

（5）