【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及數(shù)字信號(hào)處理，特別是涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法、系統(tǒng)、設(shè)備及程序。
技術(shù)介紹
1、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸等在運(yùn)行過(guò)程中不斷旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)均為旋轉(zhuǎn)機(jī)械。車(chē)輛、船舶、航空航天器等均包括大量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，并且作為動(dòng)力源的旋轉(zhuǎn)機(jī)械往往是這些產(chǎn)品的核心組成部分之一。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行故障診斷，在產(chǎn)品下線(xiàn)檢測(cè)和狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控中均具有非常重要的意義。
2、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷需要采集其運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中的信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)、噪聲信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)、扭矩信號(hào)、溫度信號(hào)等均是常被用來(lái)進(jìn)行故障診斷的信號(hào)類(lèi)型。區(qū)別于一般機(jī)械，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的特點(diǎn)是其故障表現(xiàn)往往與轉(zhuǎn)速相關(guān)。
3、傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法是同步測(cè)試轉(zhuǎn)速信號(hào)與故障表現(xiàn)信號(hào)，故障表現(xiàn)信號(hào)可以是加速度、聲音、溫度等不同類(lèi)型的信號(hào)。然后對(duì)故障表現(xiàn)信號(hào)階次譜分析或colormap分析。
4、其中，階次譜分析采用等角度采樣方法，即通過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)過(guò)固定角度的時(shí)間，從而對(duì)故障表現(xiàn)信號(hào)進(jìn)行重采樣，采用后的故障表現(xiàn)信號(hào)中每2個(gè)值之間的時(shí)間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械均轉(zhuǎn)過(guò)了相同的角度。對(duì)該信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換分析，就可以得到階次譜曲線(xiàn)，通過(guò)查找峰值發(fā)生的階次，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)特征，即可對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障進(jìn)行診斷。
5、colormap分析則不需要進(jìn)行等角度采樣，而是將故障表現(xiàn)信號(hào)分成小段，對(duì)每段均進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，并計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的平均轉(zhuǎn)速。將轉(zhuǎn)速標(biāo)簽、頻率標(biāo)簽和短時(shí)傅里葉變換結(jié)果繪制在一張圖上，即為信號(hào)的colormap圖。和轉(zhuǎn)速相關(guān)的階次特征在colo
6、但上述傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法存在無(wú)法定位的缺點(diǎn)，即不能進(jìn)行自動(dòng)的故障位置診斷。傳統(tǒng)的分析方法得到問(wèn)題階次后，需要對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)特征，才能識(shí)別故障的位置，若旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)未知，或故障的產(chǎn)生機(jī)理不清楚，則無(wú)法進(jìn)行故障位置診斷。
7、由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的故障診斷方法在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種新的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，成為當(dāng)前業(yè)界急需改進(jìn)的目標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本公開(kāi)實(shí)施例提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
2、第一方面，本公開(kāi)實(shí)施例提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，所述方法包括以下步驟：
3、獲取采樣數(shù)據(jù)；所述采樣數(shù)據(jù)包括轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)和故障表現(xiàn)信號(hào)；
4、將所述采樣數(shù)據(jù)重采樣為等角度間隔的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)與故障表現(xiàn)信號(hào)；
5、對(duì)所述等角度間隔的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速擬合，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)；
6、基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)選取等角度間隔的故障表現(xiàn)信號(hào)作為基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)；
7、基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)、基準(zhǔn)軸與非基準(zhǔn)軸的轉(zhuǎn)速比，將所述基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)；
8、通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行同步通道分析、混合通道分析以及非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)的同步通道分析，得到故障發(fā)生的齒輪位置。
9、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述將所述采樣數(shù)據(jù)重采樣為等角度間隔的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)與故障表現(xiàn)信號(hào)，包括：
10、上位機(jī)實(shí)時(shí)逐個(gè)讀取采樣數(shù)據(jù)；其中，讀取首個(gè)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)刻設(shè)為0，任意兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔為， f s為采樣頻率；
11、每讀取一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)時(shí)，判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)采樣時(shí)刻是否為脈沖激發(fā)時(shí)刻；其中，當(dāng)當(dāng)前轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)值大于預(yù)設(shè)值，且前一個(gè)脈沖信號(hào)值小于預(yù)設(shè)值時(shí)，判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)采樣時(shí)刻處于脈沖激發(fā)時(shí)刻，記錄該采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻，并將當(dāng)前轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)采樣時(shí)刻寫(xiě)入基準(zhǔn)軸等角度重采樣的時(shí)間序列；將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的故障表現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)寫(xiě)入基準(zhǔn)軸等角度重采樣的故障表現(xiàn)信號(hào)序列。
12、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述對(duì)所述等角度間隔的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速擬合，包括以下步驟：
13、基于以下公式進(jìn)行轉(zhuǎn)速擬合：
14、；
15、其中， rpm為轉(zhuǎn)速信號(hào)； ppr為圓周分辨率；函數(shù)表示錯(cuò)位相減函數(shù)；為此次擬合轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列 t的切片。
16、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)選取等角度間隔的故障表現(xiàn)信號(hào)作為基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
17、當(dāng) rpm達(dá)到預(yù)設(shè)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，開(kāi)始采集等角度間隔的故障表現(xiàn)信號(hào)作為基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)；當(dāng) rpm達(dá)到預(yù)設(shè)最高轉(zhuǎn)速時(shí)，結(jié)束采集。
18、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)、基準(zhǔn)軸與非基準(zhǔn)軸的轉(zhuǎn)速比，將所述基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
19、在基準(zhǔn)軸每次重采樣后，結(jié)合轉(zhuǎn)速比計(jì)算在基準(zhǔn)軸當(dāng)前重采樣點(diǎn)與前一個(gè)重采樣點(diǎn)之間非基準(zhǔn)軸進(jìn)行重采樣的次數(shù)；
20、對(duì)基準(zhǔn)軸的兩個(gè)重采樣點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行線(xiàn)性插值得到非基準(zhǔn)軸的重采樣時(shí)間；在采樣數(shù)據(jù)中選擇與非基準(zhǔn)軸重采樣時(shí)間最接近的采樣點(diǎn)作為非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)；
21、基于下式計(jì)算所述非基準(zhǔn)軸重采樣點(diǎn)：
22、；
23、；
24、其中，為非基準(zhǔn)軸重采樣的序號(hào)；為非基準(zhǔn)軸重采樣的第個(gè)點(diǎn)；表示當(dāng)前信號(hào)采集設(shè)備采集信號(hào)的序號(hào)；為非基準(zhǔn)軸重采樣的遞推關(guān)系式系數(shù)；為非基準(zhǔn)軸與基準(zhǔn)軸的轉(zhuǎn)速比。
25、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，所述通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行同步通道分析、混合通道分析以及非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)的同步通道分析，得到故障發(fā)生的齒輪位置，包括：
26、所述同步通道分析，包括：
27、將基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)與非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)分割成不同的切片數(shù)據(jù)，每個(gè)切片反應(yīng)轉(zhuǎn)軸在采集該切片數(shù)據(jù)時(shí)間段范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)情況；
28、計(jì)算轉(zhuǎn)軸多次切片數(shù)據(jù)的平均值；
29、對(duì)平均后的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，然后進(jìn)行自譜線(xiàn)性譜計(jì)算，得到同步通道分析結(jié)果；
30、所述混合通道分析，包括：
31、將基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)分割成不同的切片數(shù)據(jù)，與同步通道基準(zhǔn)軸切片數(shù)據(jù)一致；
32、對(duì)當(dāng)前所有切片數(shù)據(jù)取進(jìn)行快速傅里葉變換，計(jì)算自譜線(xiàn)性譜，取所有自譜的最大值作為混合通道分析結(jié)果。
33、根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，基于下式計(jì)算同步通道分析中轉(zhuǎn)軸多次切片數(shù)據(jù)的平均值：
34、；
35、其中，為第個(gè)信號(hào)段第個(gè)數(shù)據(jù)；表示信號(hào)分段總數(shù)；
36、基于下式對(duì)平均后的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換：
37、；
38、其中，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述將所述采樣數(shù)據(jù)重采樣為等角度間隔的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)與故障表現(xiàn)信號(hào)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述對(duì)所述等角度間隔的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速擬合，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)選取等角度間隔的故障表現(xiàn)信號(hào)作為基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)、基準(zhǔn)軸與非基準(zhǔn)軸的轉(zhuǎn)速比，將所述基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行同步通道分析、混合通道分析以及非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)的同步通道分析，得到故障發(fā)生的齒輪位置，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，基于下式計(jì)算同步通道分析中轉(zhuǎn)軸多次切片數(shù)據(jù)的平均值：<...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述將所述采樣數(shù)據(jù)重采樣為等角度間隔的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)與故障表現(xiàn)信號(hào)，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，所述對(duì)所述等角度間隔的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速擬合，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)選取等角度間隔的故障表現(xiàn)信號(hào)作為基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法，其特征在于，基于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)、基準(zhǔn)軸與非基準(zhǔn)軸的轉(zhuǎn)速比，將所述基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到非基準(zhǔn)軸分析數(shù)據(jù)，包括：
6....
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝耀東，李林，楊征睿，王福君，高輝，崔國(guó)旭，李洪亮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中汽研天津汽車(chē)工程研究院有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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