[发明专利]一种定量计算滚动轴承运行可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明属机械设备运行安全可靠评估领域，具体涉及一种滚动轴承运行可靠性定量计算方法。

背景技术

国家中长期规划(2006-2020年)、“十一五”规划和国家自然科学基金委学科发展战略研究报告(2006-2010年)，均将重大设施运行可靠性、安全性、可维护性等关键技术列为重要研究方向。2009年，美国俄勒冈州立大学Jamie教授在国际权威期刊《SCIENCE》上著文“Predicting fatigue failures”强调设备寿命预测与安全评估研究的重要性。滚动轴承是旋转机械设备中应用最广泛的机械零件，也是最易损坏的元件之一。在运行过程中，由于各种原因极易发生点蚀、剥落和磨损等故障。为保证机械设备运行安全可靠，预防重大事故发生，必须对滚动轴承的运行可靠性进行定量评估。

传统的可靠性分析方法是在电子设备可靠性分析的基础上发展起来的，在大样本条件下，依赖设备失效寿命数据，基于概率及数理统计理论获取一批设备的整体可靠性。然而对于机械设备，通常样本量稀少，且与电子设备相比，机械设备机械结构间运动关系复杂，故障模型多样，传统的可靠性评估方法难以应用。

更为重要的是传统的可靠性分析方法得到的是一批设备在相同运行工况下反映设备整体特性的可靠性评价指标。然而，对于正在运行的单台或小批量设备来说这些数据意义并不大，人们更关心的是当前服役设备的运行安全可靠性。对于机械设备，通常运行环境复杂，同种类型的机械设备其运行工况，如温度、载荷、功率、速度等不尽相同，则其运行可靠性也存在很大差异。因此如何利用设备的运行状态信息，获取反映当前运行设备个体特性的可靠性评价指标至关重要。

当机械设备发生故障或工作异常时，其动态信号一般会呈现一定的变化规律。设备的运行状态信息能有效反映设备的运行动态特性、工作精度、揭示设备的性能退化规律，提供设备可靠性评估的重要信息。近年来有学者开展了基于设备状态信息的可靠性建模，分析技术，利用可靠性评估模型如比例故障率模型，Logistic模型等建立设备运行状态特征指标与设备可靠性之间的关系，但是这些方法通常需要较多的历史失效寿命数据及运行状态信息实现模型参数估计。对于机械设备，通常样本量稀少，历史失效寿命数据尤其是历史运行状态信息的获取十分困难，这些方法使用受限。

针对滚动轴承，其运行安全可靠程度可由其运行状态隶属于运行安全可靠程度的隶属函数确定。本发明定义一个能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度，定量描述运行设备在规定的条件下、规定时间内完成规定功能的能力，记为R_K，其取值范围为[0，1]，将表征设备不同运行状态的特征物理参数映射到无量纲的[0，1]范围，用同一尺度来衡量设备的运行可靠性；滚动轴承的损伤程度定量识别结果可以有效衡量滚动轴承的运行状态，必然也能在一定程度上反映其运行安全可靠程度，因此依据滚动轴承损伤程度特征指标与其可靠性变化之间关系，建立损伤程度特征指标与隶属可靠度之间的映射函数关系——可靠性隶属函数，基于滚动轴承运行信号的有限样本，利用改进的冗余第二代小波变换的滚动轴承损伤定量识别方法，获取滚动轴承损伤定量识别特征指标并代入已建立的可靠性隶属函数中，得到滚动轴承的隶属可靠度，实现小样本条件下基于状态信息的滚动轴承运行可靠性定量计算。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种滚动轴承运行可靠性定量计算方法。首先定义一种能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度，其取值范围为[0，1]，将表征设备不同运行状态的特征物理参数映射到无量纲的[0，1]范围，用同一尺度来衡量设备的运行可靠性；结合滚动轴承故障定量诊断，建立了滚动轴承损伤程度特征指标与隶属可靠度之间的映射函数——可靠性隶属函数；基于滚动轴承运行信号的有限样本，利用改进的冗余第二代小波变换的滚动轴承定量损伤识别方法，结合已建立的可靠性隶属函数，得到滚动轴承的隶属可靠度；实现小样本条件下基于状态信息的滚动轴承运行可靠性定量计算。该定量计算方法简单易行，结果可靠，实时性好，提供了一种小样本条件下滚动轴承运行可靠性定量计算方法。

本发明的技术方案是这样解决的：本发明按以下步骤进行：

1)首先定义一种能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度；

2)基于滚动轴承故障定量诊断，建立滚动轴承损伤定量识别特征指标与隶属可靠度之间的映射函数——可靠性隶属函数；