[發(fā)明專利]一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210445214.4
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114778111A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 胡曉峰;王芳;郭斌;潘源琦;毛建根;林敏;范偉軍;鄭永軍;羅哉;江文松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G06F30/20
• 代理公司: 寧波華拓同億專利代理事務所(普通合伙) 33432
• 代理人: 南夢怡

本發(fā)明公開了一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，從布朗粒子運動所遵循的帶有慣性項及可變阻尼項的Langevin方程出發(fā)，以能量的傳遞和轉(zhuǎn)換為核心，引入功這一過程量細致地刻畫帶阻尼狀態(tài)下雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)隨機共振的動態(tài)過程。該基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，隨著阻尼系數(shù)變化，周期力對系統(tǒng)作的功隨噪聲強度的變化曲線呈雙峰形態(tài)，存在噪聲誘導的雙重隨機共振現(xiàn)象，并存在一個最佳阻尼使周期力做功的值最大，同時存在阻尼誘導的雙重隨機共振，更小的阻尼誘導的共振效應更強，將實測軸承早期故障信號預處理后作為雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)的輸入，利用雙峰檢測特性檢測出微弱的軸承早期故障信號。

技術領域

本發(fā)明涉及軸承早期故障檢測技術領域，具體為一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法。

背景技術

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域，滾動軸承被廣泛應用在各類機械設備中，一旦軸承發(fā)生故障，極易造成財產(chǎn)損失和人身傷害，所以在軸承發(fā)生輕微故障時及時檢測到故障信號是非常必要的。經(jīng)典雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)應用廣泛，但是在檢測實際的軸承早期故障信號時，由于信號極其微弱，淹沒在強背景噪聲中，故障特征不明顯，要使系統(tǒng)產(chǎn)生隨機共振，需要降低雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的勢壘高度ΔV，但這樣會導致質(zhì)點的躍遷幅度減弱，使輸出信號的幅值降低，所以信號越微弱檢測的效果也就越差。因此在軸承早期故障的檢測中，需要一種能增強隨機共振效應、更加有效檢測出軸承早期故障信號的檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，解決了上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，從布朗粒子運動所遵循的帶有慣性項及可變阻尼項的Langevin方程出發(fā)，以能量的傳遞和轉(zhuǎn)換為核心，引入功這一過程量細致地刻畫帶阻尼狀態(tài)下雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)隨機共振的動態(tài)過程，建立了雙尺度系統(tǒng)在周期力和隨機力協(xié)同作用下輸出響應的近似解析表達式。k作為雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)八次勢函數(shù)的尺度參數(shù)，決定了勢函數(shù)的勢壘高度和勢阱寬度。勢壘高度和勢阱寬度隨著k的增加而增加，并且壘高對k更加敏感。勢函數(shù)左右兩側(cè)的勢壘高度始終小于中間勢壘高度，勢函數(shù)曲線表現(xiàn)為兩個小尺度的雙穩(wěn)子系統(tǒng)分別嵌入一個大尺度的雙穩(wěn)系統(tǒng)，從而構(gòu)成雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)。

進一步的，所述故障檢測方法k作為雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)的八次勢函數(shù)的尺度參數(shù)，決定了勢函數(shù)的勢壘高度和勢阱寬度。勢壘高度和勢阱寬度隨著k的增加而增加，并且壘高對k更加敏感。勢函數(shù)左右兩側(cè)的勢壘高度始終小于中間勢壘高度，勢函數(shù)曲線表現(xiàn)為兩個小尺度的雙穩(wěn)子系統(tǒng)分別嵌入一個大尺度的雙穩(wěn)系統(tǒng)，從而構(gòu)成雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)。

進一步的，所述故障檢測方法將帶阻尼雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)在周期力和隨機力協(xié)同作用下輸出響應的近似表達式作為動力學方程，用高斯白噪聲模擬隨機力，采用四階Runge-Kutta法，用Matlab進行數(shù)值仿真分析阻尼系數(shù)γ以及噪聲強度D對隨機共振效應的影響，噪聲及阻尼誘導的雙重隨機共振現(xiàn)象，進而研究最佳阻尼的雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)在微弱信號檢測中的應用。

進一步的，所述故障檢測方法利用帶阻尼雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)對軸承早期故障信號進行檢測，以內(nèi)圈故障為例，用二次采樣對故障信號進行預處理，采樣壓縮比R＝200000，將處理后的信號輸入雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)進行隨機共振，最后再進行尺度還原。通過調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)γ，尋找一個最佳阻尼使共振效應最強，并在大小不同的阻尼系數(shù)下使雙尺度系統(tǒng)與軸承早期故障信號達成兩次大小不同尺度的匹配，產(chǎn)生不同尺度的共振，兩次共振都可以檢測出待測信號的特征頻率，彼此相互印證，減小了誤檢率，可靠地檢測出軸承早期故障信號的特征頻率。

本發(fā)明提供了一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，具備以下有益效果：將雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)改為帶阻尼雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)，設計了一種基于最佳阻尼雙尺度系統(tǒng)的軸承早期故障檢測方法，并進行了數(shù)值仿真，主要通過調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)γ與噪聲強度D使得帶阻尼雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)產(chǎn)生隨機共振，利用雙尺度雙穩(wěn)系統(tǒng)的雙重共振效應，獲得比傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)更好的隨機共振性能，有效檢測出淹沒強背景噪聲下的微弱信號。