本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)和診斷領(lǐng)域，具體涉及一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活領(lǐng)域。常見(jiàn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和變速箱等。旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備在長(zhǎng)期工作過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)退化和故障，其中由軸承故障引起的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障最常見(jiàn)。為了及時(shí)了解軸承健康狀況和避免軸承故障對(duì)整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備工作性能的影響，有必要對(duì)軸承早期故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2、目前，現(xiàn)存的軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)通常采用固定采樣頻率連續(xù)采集軸承健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。固定采樣頻率連續(xù)采集數(shù)據(jù)則假定軸承退化速率在服役期間是不變的。實(shí)際上，軸承的退化速率在其服役期間是變化的。軸承在其服役期間出現(xiàn)故障的概率也是變化的。因此，基于固定采樣頻率的軸承早期故障檢測(cè)方法會(huì)采集較多的數(shù)據(jù)量，從而增加數(shù)據(jù)傳輸、處理、存貯等方面的費(fèi)用。盡管可以通過(guò)降低采樣頻率解決上述問(wèn)題，但是，較低的采樣頻率可能降低早期故障檢測(cè)的可靠性和靈敏度。

3、另外，旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備可能在不同的轉(zhuǎn)速下工作，工作轉(zhuǎn)速的變化會(huì)引起故障頻率的變化。從單一采樣頻率采集的數(shù)據(jù)中，可能無(wú)法高效地抽取故障特征。

4、為了克服現(xiàn)存故障檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明專利公布一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。本發(fā)明專利公布的方法考慮到軸承的退化規(guī)律，自適應(yīng)地確定轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，即在軸承退化較輕微時(shí)期，采用較大的采樣間隔，從而在轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)獲得較少的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；而在軸承退化較嚴(yán)重時(shí)期，采用較小的采樣間隔，從而在轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)獲得較多的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)?？紤]到軸承的退化規(guī)律，本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了自適應(yīng)確定轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)的故障檢測(cè)方法。另外，為了可靠和靈敏地識(shí)別電機(jī)軸承早期故障，本發(fā)明專利引入累積和cusum技術(shù)，通過(guò)累積自適應(yīng)獲取數(shù)據(jù)中的微弱故障信息來(lái)識(shí)別早期故障。本發(fā)明專利在確保軸承早期故障檢測(cè)可靠性的情況下降低了數(shù)據(jù)采集量，有效地降低了數(shù)據(jù)的傳輸、儲(chǔ)存和處理費(fèi)用，提高了早期故障檢測(cè)的靈敏度和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)背景技術(shù)中指出的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，自適應(yīng)地確定轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，有效地降低數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理費(fèi)用；另外，采用cusum技術(shù)累積微弱的故障信息，能夠提高軸承早期故障檢測(cè)的靈敏度和可靠性。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，具體包括以下步驟：

3、步驟1：確定先驗(yàn)知識(shí)；

4、步驟2：獲取n組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)；

5、步驟3：計(jì)算得出故障特征；

6、步驟4：累積故障特征包含的微弱故障信息，得到軸承故障指標(biāo)；

7、步驟5：判斷是否產(chǎn)生早期故障和實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)數(shù)據(jù)獲取。

8、進(jìn)一步地，所述步驟1中，先驗(yàn)知識(shí)包括：振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置、轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0、最少個(gè)數(shù)nmin、最多個(gè)數(shù)nmax、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)l、故障特征均值m、閾值t。

9、進(jìn)一步地，所述步驟1中，振動(dòng)傳感器安裝在擬檢測(cè)軸承處，用于采集軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸附近，用于測(cè)量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

10、進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0根據(jù)被檢測(cè)軸承健康狀態(tài)而定；當(dāng)被檢測(cè)軸承為全新軸承時(shí)，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0設(shè)定為最少個(gè)數(shù)nmin；當(dāng)被檢測(cè)軸承健康狀態(tài)未知時(shí)，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0設(shè)定為其中，round()為四舍五入函數(shù)，所得結(jié)果為整數(shù)；轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)l為在一個(gè)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)，也可以看作為時(shí)間窗口長(zhǎng)度；故障特征均值m為軸承無(wú)故障時(shí)故障特征的平均值；閾值t為預(yù)設(shè)的軸承故障指標(biāo)臨界值。

11、進(jìn)一步地，所述步驟2中，根據(jù)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)n獲取n組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)x＝[x1，x2，x3，…，xi，…，xn]；由于數(shù)據(jù)采集的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)為l，因此數(shù)據(jù)x中每組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為l；針對(duì)第i組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)xi，其可以表示為xi＝[x(i),x(i+n),x(i+2n),…,x(i+(l-1)n)]。

12、進(jìn)一步地，所述步驟2中，周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)x的組數(shù)n在第一個(gè)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)為初始個(gè)數(shù)n0，而在后續(xù)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)根據(jù)軸承故障指標(biāo)來(lái)自適應(yīng)確定。

13、進(jìn)一步地，所述步驟3中，分別計(jì)算n組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差z，并將其看作為故障特征，

14、z＝[z(1),z(2),z(3),…,z(i),…,z(n)]t，

15、其中，

16、進(jìn)一步地，所述步驟4中，利用累積和cusum技術(shù)累積故障特征z包含的微弱故障信息得到累積和c，將累積和c的最終值c(n)記作為軸承故障指標(biāo)w；在cusum方法計(jì)算過(guò)程中設(shè)定故障特征均值m作為期望值，對(duì)于數(shù)據(jù)z中的每個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算其與均值m之間的差值得到數(shù)據(jù)q，

17、q＝[q(1),q(2),q(3),…,q(i),…q(n)]t，

18、其中q(i)＝z(i)-m；計(jì)算數(shù)據(jù)q的累積和c，

19、c＝[c(1),c(2),c(3),…,c(i),…,c(n)]，

20、其中，c(i)＝max(c(i-1)+q(i),0)，c(0)＝0，將累積和c的最終值c(n)記作為軸承故障指標(biāo)w。

21、進(jìn)一步地，所述步驟5中，將軸承故障指標(biāo)w與閾值t對(duì)比，如果軸承故障指標(biāo)w小于閾值t，則判定為無(wú)故障，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)n自適應(yīng)地調(diào)整為并返回步驟2繼續(xù)進(jìn)行早期故障檢測(cè)；如果軸承故障指標(biāo)w大于等于閾值t，則認(rèn)為已出現(xiàn)早期故障。

22、有益效果：

23、1.本發(fā)明方法公布了一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，克服了現(xiàn)存軸承故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，可以自適應(yīng)地確定轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。在保證故障檢測(cè)可靠性的情況下，有效地減少了數(shù)據(jù)采集量，進(jìn)而降低了數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)費(fèi)用。

24、2.本發(fā)明方法利用cusum技術(shù)累積自適應(yīng)獲取數(shù)據(jù)中的微弱故障信息，可以提高早期故障檢測(cè)的可靠性與靈敏度。

25、3.本發(fā)明方法的計(jì)算復(fù)雜度較低，可以采用處理速度較低的控制單元，從而降低了控制單元成本。

26、4.本發(fā)明方法不受旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的影響。

技術(shù)特征：

1.一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，先驗(yàn)知識(shí)包括：振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置、轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0、最少個(gè)數(shù)nmin、最多個(gè)數(shù)nmax、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)l、故障特征均值m、閾值t。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，振動(dòng)傳感器安裝在擬檢測(cè)軸承處，用于采集軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸附近，用于測(cè)量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1中，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0根據(jù)被檢測(cè)軸承健康狀態(tài)而定；當(dāng)被檢測(cè)軸承為全新軸承時(shí)，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0設(shè)定為最少個(gè)數(shù)nmin；當(dāng)被檢測(cè)軸承健康狀態(tài)未知時(shí)，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)初始個(gè)數(shù)n0設(shè)定為其中，round()為四舍五入函數(shù)，所得結(jié)果為整數(shù)；轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)l為在一個(gè)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)，也可以看作為時(shí)間窗口長(zhǎng)度；故障特征均值m為軸承無(wú)故障時(shí)故障特征的平均值；閾值t為預(yù)設(shè)的軸承故障指標(biāo)臨界值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟2中，根據(jù)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)n獲取n組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)x＝[x1，x2，x3，…，xi，…，xn]；由于數(shù)據(jù)采集的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)為l，因此數(shù)據(jù)x中每組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為l；針對(duì)第i組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)xi，其可以表示為xi＝[x(i),x(i+n),x(i+2n),…,x(i+(l-1)n)]。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟2中，周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)x的組數(shù)n在第一個(gè)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)為初始個(gè)數(shù)n0，而在后續(xù)檢測(cè)時(shí)間窗口內(nèi)根據(jù)軸承故障指標(biāo)來(lái)自適應(yīng)確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3中，分別計(jì)算n組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差z，并將其看作為故障特征，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4中，利用累積和cusum技術(shù)累積故障特征z包含的微弱故障信息得到累積和c，將累積和c的最終值c(n)記作為軸承故障指標(biāo)w；在cusum方法計(jì)算過(guò)程中設(shè)定故障特征均值m作為期望值，對(duì)于數(shù)據(jù)z中的每個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算其與均值m之間的差值得到數(shù)據(jù)q，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟5中，將軸承故障指標(biāo)w與閾值t對(duì)比，如果軸承故障指標(biāo)w小于閾值t，則判定為無(wú)故障，將轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)周期內(nèi)同步采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)n自適應(yīng)地調(diào)整為并返回步驟2繼續(xù)進(jìn)行早期故障檢測(cè)；如果軸承故障指標(biāo)w大于等于閾值t，則認(rèn)為已出現(xiàn)早期故障。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)和診斷領(lǐng)域，公開了一種滾動(dòng)軸承早期故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。本發(fā)明方法包括：確定先驗(yàn)知識(shí)；獲取N組周期同步單點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)；計(jì)算得出故障特征；累積故障特征包含的微弱故障信息，得到軸承故障指標(biāo)；判斷是否產(chǎn)生早期故障和實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)數(shù)據(jù)獲取。本發(fā)明利用累積和CUSUM技術(shù)累積故障特征包含的微弱故障信息，提高早期故障檢測(cè)的可靠性與靈敏度，在保證故障檢測(cè)可靠性的情況下，有效地降低了數(shù)據(jù)采集量，進(jìn)而降低了數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)費(fèi)用。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣威,趙艷青,仇璟,王旭,陳彪,陳鋼,朱俊,張銳,包海濤,陳勇,宋新剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：淮陰工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9