一種融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，具體設(shè)及一種融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速、重載鐵路W及城市軌道交通的快速發(fā)展，車輛轉(zhuǎn)向架疲勞傷損現(xiàn)象愈 發(fā)嚴(yán)重，如車輪多邊形、車輪踏面擦傷、轉(zhuǎn)向架各軸承故障W及裂紋等。車輛轉(zhuǎn)向架作為車 輛的兩條腿，起著支撐和導(dǎo)向的作用，其運(yùn)行狀況將直接影響行車的平穩(wěn)性、穩(wěn)定性W及安 全性。若能通過某種技術(shù)手段對故障實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，對提高行車安全具有重要意義。
[0003] 若干公司研發(fā)的6A系統(tǒng)走行部監(jiān)測子系統(tǒng)，通過在故障易發(fā)位置：如軸箱軸承、 抱軸箱軸承、電機(jī)軸承W及齒輪箱，加裝振動沖擊傳感器，某故障易發(fā)位置的傳感器負(fù)責(zé)該 測點(diǎn)位置處的故障監(jiān)測和診斷，在轉(zhuǎn)向架故障監(jiān)測和診斷方面卓見成效。
[0004] 如圖1為機(jī)車輪對軸箱軸承測點(diǎn)示意圖，左右兩軸箱分別安裝，傳感器1和傳感 器2,傳感器1負(fù)責(zé)左側(cè)軸箱故障檢測，傳感器2負(fù)責(zé)右側(cè)軸箱故障檢測。 陽〇化]但是，上述方法依然存在W下幾個(gè)缺陷：
[0006] 一、由于輪軌沖擊、電磁干擾、加工工藝、內(nèi)部缺陷等原因，傳感器總會發(fā)生不同程 度故障，將導(dǎo)致其監(jiān)測位置處數(shù)據(jù)丟失，失去實(shí)時(shí)監(jiān)測的有效性，對轉(zhuǎn)瞬即逝的故障造成極 大的漏診幾率。
[0007] 二、測點(diǎn)振動沖擊信號可能由其他位置（非傳感器加裝位置）故障引起，當(dāng)沖擊頻 率與測點(diǎn)故障特征頻率重合時(shí)將引起誤診。
[0008]Ξ、受噪聲干擾的影響，對故障初期微弱沖擊很難識別，導(dǎo)致故障等級報(bào)警準(zhǔn)確性 大大降低，增加誤診的幾率。
[0009] 四、只能對具有故障特征頻率的旋轉(zhuǎn)部件（軸承、車輪等）進(jìn)行監(jiān)測和診斷，對轉(zhuǎn) 向架裂紋等非旋轉(zhuǎn)部件故障無技可施。
[0010] 因此，為提高轉(zhuǎn)向架故障定位和等級報(bào)警的準(zhǔn)確性、故障監(jiān)測的冗余度，增加故障 檢測類型，迫切需要發(fā)明一種的新的檢測方法和分析技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法，該故障診斷方 法可提高故障位置定位和等級報(bào)警精度W及傳感器冗余度，并能實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向架非轉(zhuǎn)動部件 故障的診斷。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0013] 一種融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法，該方法包括：同步采集安裝在轉(zhuǎn)向架 的故障易發(fā)位置上的多個(gè)傳感器的振動沖擊信號；
[0014] 計(jì)算各傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振動沖擊信號的相位差；
[0015] 根據(jù)所述相位差對故障位置進(jìn)行定位；
[0016] 根據(jù)所述相位差，通過移相技術(shù)對各傳感器的振動沖擊信號移相，并進(jìn)行信號融 合；
[0017] 計(jì)算融合信號的最大值，對故障進(jìn)行定量診斷。
[0018] 作為一種具體的實(shí)施例，所述計(jì)算各傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振 動沖擊信號的相位差包括：
[0019] 將各傳感器的振動沖擊信號進(jìn)行預(yù)處理，得到信號fi(t);
[0020] 計(jì)算在第k個(gè)沖擊時(shí)，傳感器i的信號ω相對于傳感器j的信號f,ω的相位 差A(yù)tij_k;
[oow 計(jì)算在采樣時(shí)間t內(nèi)，傳感器i的信號fiW相對于傳感器j的信號?·,ω的相位 差平均值，所述相位差平均值即為傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振動沖擊信號 的相位差A(yù)tij，在采樣時(shí)間t內(nèi)共有Μ個(gè)沖擊； 陽02引其中：i= 1，2,…為某一固定傳感器；當(dāng)1 =j時(shí)，Atij=0; 陽02引 當(dāng)采樣時(shí)間t一 + 時(shí)，Μ- +C-，采樣時(shí)間越長，Δtij越精確。
[0024] 作為一種具體的實(shí)施例，在所述根據(jù)所述相位差對故障位置進(jìn)行定位之前，還包 括：
[0025] 建立轉(zhuǎn)向架仿真模型或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在轉(zhuǎn)向架的η個(gè)故障易發(fā)位置中的若干個(gè)故障 易發(fā)位置施加編號為m的沖擊載荷；
[0026] 在所述轉(zhuǎn)向架上設(shè)有多個(gè)測點(diǎn)，所述多個(gè)測點(diǎn)的位置與安裝在轉(zhuǎn)向架上的多個(gè) 傳感器的位置對應(yīng)，計(jì)算測點(diǎn)i的沖擊響應(yīng)相對于某固定測點(diǎn)j的沖擊響應(yīng)的相位差 ATij(m);
[0027]其中：i=1,2,…j···,N;me[1,η]。
[0028] 作為一種具體的實(shí)施例，所述根據(jù)所述相位差對故障位置進(jìn)行定位包括：
[0029] 計(jì)算相位差A(yù)ti,與仿真建?；?qū)嶒?yàn)得到的相位差ΔΤι,?的相對誤差ε
[0030] 計(jì)算最小相對誤差定位相對誤差為最小相對誤差時(shí)，仿真建?；?實(shí)驗(yàn)中施加沖擊載荷m。所對應(yīng)的故障易發(fā)位置發(fā)生故障。
[0031] 作為一種具體的實(shí)施例，所述根據(jù)所述相位差，通過移相技術(shù)對各傳感器的振動 沖擊信號移相為： 陽03引平移信號(t)，平移量為傳感器i的信號(t)相對于傳感器j的信號f, (t)在 采樣時(shí)間t內(nèi)的相位差平均值A(chǔ)ti,，平移得到信號;其中：i= 1，2,…
[0033] 進(jìn)一步地，所述在第k個(gè)沖擊時(shí)，傳感器i的信號(t)相對于傳感器j的信號 fj(t)的相位差Δtij_k的計(jì)算公式為：Δt1j_k=t
[0034] 其中：tmaxik為傳感器i的信號f1 (t)在第k個(gè)沖擊區(qū)域的最大值點(diǎn)；tmax」k傳感器 j的信號f，(t)在第k個(gè)沖擊區(qū)域的最大值點(diǎn)。
[0035] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算測點(diǎn)i的沖擊響應(yīng)相對于某固定測點(diǎn)j的沖擊響應(yīng)的相位差 ATi，(m)的計(jì)算公式為：ATi,(m)=tmax_i(m)-tmax」W;
[0036] 其中：tm。^W和tm。。w分另if為轉(zhuǎn)向架上測點(diǎn)i和測點(diǎn)j處對編號m載荷的沖擊響 應(yīng)的最大值點(diǎn)。
[0037] 作為一種具體的實(shí)施例，所述故障易發(fā)位置包括電機(jī)軸承、抱軸軸承、輪對軸承、 齒輪箱、橫梁與縱梁交接點(diǎn)、小縱梁與橫梁交接點(diǎn)、電機(jī)懸掛點(diǎn)或齒輪箱懸掛點(diǎn)。
[0038] 進(jìn)一步地，每個(gè)故障易發(fā)位置至少設(shè)置一個(gè)傳感器。
[0039] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：
[0040] 本發(fā)明的融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法，通過各測點(diǎn)振動沖擊信號的相位 差對故障進(jìn)行位置定位，也即通過各測點(diǎn)振動沖擊信號的相關(guān)性對故障進(jìn)行位置定位，運(yùn) 種傳感器之間的相關(guān)性能提高傳感器的冗余度，避免因某傳感器故障而數(shù)據(jù)丟失，有效避 免漏診。
[0041] 進(jìn)一步地，本發(fā)明保證轉(zhuǎn)向架故障易發(fā)位置至少一個(gè)傳感器，中，故障易發(fā)位置包 括旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件，增加了故障檢測類型。
[0042] 進(jìn)一步第，本發(fā)明根據(jù)相位差將各傳感器信號平移融合，通過融合信號的最大值 對故障進(jìn)行等級報(bào)警，等級報(bào)警靈敏度得到提高，能有效避免初期故障引起的微弱沖擊的 漏檢，能提高故障等級報(bào)警精度，有效避免漏報(bào)和誤報(bào)。
【附圖說明】
[0043] 圖1是機(jī)車輪對軸箱軸承測點(diǎn)示意圖。
[0044]圖2是本發(fā)明融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法的流程框圖。
[0045] 圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例的振動沖擊傳感器安裝位置示意圖。
[0046] 圖4是傳感器13相對于傳感器1的相位差圖。
[0047] 圖5是仿真模型中的測點(diǎn)13和測點(diǎn)1的沖擊響應(yīng)處理后示意圖。
[0048] 圖6是傳感器13相對傳感器1移相結(jié)果圖。
[0049] 圖7是本發(fā)明得到的融合信號圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 為了充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果，W下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具 體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明。
[0051] 如圖2所示，本發(fā)明一種融合多傳感器的轉(zhuǎn)向架故障診斷方法，該方法包括W下 步驟：
[0052] (101):同步采集安裝在轉(zhuǎn)向架的故障易發(fā)位置上的多個(gè)傳感器的振動沖擊信號。
[0053] 其中，所述故障易發(fā)位置包括旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件。所述旋轉(zhuǎn)部件包括電機(jī)軸 承、抱軸軸承、輪對軸承、齒輪箱等；所述非旋轉(zhuǎn)部件包括橫梁與縱梁交接點(diǎn)、小縱梁與橫梁 交接點(diǎn)、電機(jī)懸掛點(diǎn)、齒輪箱懸掛點(diǎn)等。具體如下表1可知。
[0054] 表1:轉(zhuǎn)向架易發(fā)故障位置及故障類型 陽化引
[0056] 其中，傳感器的個(gè)數(shù)N取決于車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，但保證轉(zhuǎn)向架故障易發(fā)位置至少 一個(gè)傳感器。所述傳感器為振動沖擊傳感器，利用傳感器內(nèi)部共振特性對轉(zhuǎn)向架故障信號 進(jìn)行采集和處理。
[0057] (102):計(jì)算各傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振動沖擊信號的相位差。
[0058] 其中，計(jì)算各傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振動沖擊信號的相位差的 方法包括：
[0059] 將各傳感器的振動沖擊信號進(jìn)行預(yù)處理，得到信號(t); W60] 計(jì)算在第k個(gè)沖擊時(shí)，傳感器i的信號(t)相對于傳感器j的信號f, (t)的相位 差A(yù)tij_k; 陽06U 其中，相位差Δtij_k的計(jì)算公式為：Δtij_k=tmaxik-tmaxjk;
[00創(chuàng)其中：tmaxik為傳感器i的信號f1 (t)在第k個(gè)沖擊區(qū)域的最大值點(diǎn)；tmax」k傳感器j的信號f，(t)在第k個(gè)沖擊區(qū)域的最大值點(diǎn)。
[0063] 計(jì)算在采樣時(shí)間t內(nèi)，傳感器i的信號(t)相對于傳感器j的信號f, (t)的相位 差平均值，所述相位差平均值即為傳感器的振動沖擊信號相對某一傳感器的振動沖擊信號 的相位差A(yù)tij，在采樣時(shí)間t內(nèi)共有Μ個(gè)沖擊；
[0064] 其中：i= 1，2,…j"，，N;j為某一固定傳感器；當(dāng)i=j時(shí)，Ati.j= 0 ; W65] 當(dāng)采樣時(shí)間t一 + 時(shí)，Μ- +c-，采樣時(shí)間越長，Δtij越精確。
[0066] (103):根據(jù)所述相位差對故障位置進(jìn)行定位。
[0067] 其中，在步驟103之前，還包括W下步驟：