[發(fā)明專利]基于滾子狀態(tài)的隧道掘進機主軸承故障診斷方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210654995.8
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115017950A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伏星辰;陶建峰;劉成良;丁浩倫;徐傳超
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);上海智能制造功能平臺有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種基于滾子狀態(tài)的隧道掘進機主軸承故障診斷方法及系統(tǒng)，包括：步驟S1：獲取主軸承滾子的三軸振動數(shù)據(jù)；步驟S2：通過變分模態(tài)分解方法去除滾子內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)的運動趨勢項；步驟S3：建立雙流多通道深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練滾子三軸振動數(shù)據(jù)。本方法解決了傳統(tǒng)振動檢測方案中傳感器與振動源距離較遠，無法有效感知故障源的問題。所提出的雙流多通道深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適用于隧道掘進機低轉(zhuǎn)速、重載荷、強沖擊工況下滾子狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析，具備良好的抗噪聲能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道掘進機主軸承故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于滾子狀態(tài)的隧道掘進機主軸承故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

主軸承作為全斷面隧道掘進機、盾構(gòu)機主驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，長期運行在復(fù)雜、惡劣的地下環(huán)境中，容易發(fā)生磨損、變形、斷裂等故障。隧道掘進機因故障造成停機的情況時有發(fā)生，帶來了巨大的經(jīng)濟損失。目前，隧道掘進機的主軸承多為內(nèi)齒式三排滾子組合回轉(zhuǎn)軸承，監(jiān)測方案則主要圍繞振動信號、壓力信號、位移信號、油液狀態(tài)進行測量，如斯凱孚公司利用位移傳感器測量主軸承軸向與徑向間隙變化來判斷是否發(fā)生故障[帶有距離傳感器和錐形槽的軸承，CN 112901653 A]；專利[帶有健康狀況監(jiān)測的智能型盾構(gòu)機主軸承，CN204755617 U]安裝溫度傳感器、振動傳感器、位移傳感器采集軸承運行參數(shù)；專利[全斷面巖石掘進機帶嵌入式傳感器的主軸承組件，CN 103671581 A]安裝位移傳感器、壓力傳感器、油液監(jiān)測傳感器、速度傳感器監(jiān)測主軸承運行狀態(tài)。然而，現(xiàn)有的隧道掘進機振動監(jiān)測方案存在傳感器無法感知與其相隔較遠故障源的問題，使得整圈滾道的故障識別難度大大提高。需要提出一種新的隧道掘進機主軸承振動監(jiān)測方案，能夠應(yīng)用在隧道掘進機施工現(xiàn)場。

算法方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動的滾動軸承故障診斷方法按特征提取方式分為兩大類：第1類方法基于特征工程技術(shù)手動提取特征，采用傳統(tǒng)機器學(xué)習方法進行故障分類；第2類方法則直接應(yīng)用深度學(xué)習算法，自動提取特征后故障分類輸出結(jié)果。隧道掘進機主軸承的低速重載特性使得故障特征易被背景噪聲掩蓋。因此，如何從強噪聲污染的振動信號中挖掘隧道掘進機主軸承的微弱故障特征并進行分類十分具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于滾子狀態(tài)的隧道掘進機主軸承故障診斷方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于滾子狀態(tài)的隧道掘進機主軸承故障診斷方法，包括：

步驟S1：獲取主軸承滾子的三軸振動數(shù)據(jù)；

步驟S2：通過變分模態(tài)分解方法去除滾子內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)的運動趨勢項；

步驟S3：建立雙流多通道深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練滾子三軸振動數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述滾子內(nèi)部集成加速度計和無線傳輸模塊。

優(yōu)選地，所述步驟S2包括：

步驟S2.1：對采集到的主軸承滾子振動信號進行分解，得到k個本征模態(tài)分量u_k(t)，計算得到各分量中心角頻率ω_k；實現(xiàn)過程包括：

通過希爾伯特變換得到模態(tài)的解析信號，并計算其單邊頻譜，將解析信號乘指數(shù)項使中心頻帶ω_k轉(zhuǎn)移至基頻帶，計算帶寬的方程為：

式中，*表示卷積運算，表示對時間t求梯度，j為虛數(shù)單位，δ(t)是狄利克雷函數(shù)，k為模態(tài)數(shù)量；根據(jù)分量窄帶條件建立約束優(yōu)化問題方程：

引入拉格朗日乘子λ和二次罰因子α，通過增廣拉格朗日函數(shù)L({u_k}，{ω_k}，λ)將建立的約束優(yōu)化問題化為無約束優(yōu)化問題：