[发明专利]基于数字孪生的列车牵引电机轴承全生命周期管理方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生的列车牵引电机轴承全生命周期管理方法，包括以下步骤：步骤S1：数据存储与融合模块通过数据获取与传输模块采集物理空间中牵引电机轴承的离线数据，并直接采集获取牵引电机轴承的在线数据后发送到数字空间；步骤S2：数字空间中的数据分析模块对轴承进行故障诊断以及轴承剩余使用寿命的预测；步骤S3：数据分析模块将轴承故障诊断结果和剩余使用寿命预测结果传输至数据存储与融合模块；步骤S4：数字空间中的虚拟数字孪生体用以实现电机轴承运行状态的高逼真度仿真；步骤S5：MR人机交互模块实现轴承运行状态的可视化和轴承维保操作指导，与现有技术相比，本发明具有预测轴承的剩余寿命更精确和提高轴承维保效率等优点。

技术领域

本发明涉及轨道车辆牵引电机轴承监测技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生的列车牵引电机轴承全生命周期管理方法。

背景技术

牵引电机轴承作为轨道车辆的传动系统的重要部件之一，在列车牵引电机工作过程中长时间受到摩擦、循环应力、高低温等作用，并且长期处在高速工作状态中，在这一工作环境中，轴承的滚子及滚道容易发生疲劳剥落，严重时将会导致内环断裂最终导致轴承烧损，电机固死；另外由于电机工作时轴承长期处在一个带电的工作环境中，一方面受电流的影响，轴承的润滑脂结构很容易遭受破坏，从而导致轴承因润滑失效而受损，另一方面，轴承也可能受到电腐蚀的影响，滚子和滚道处将会出现凹坑、搓板纹等损伤情况，这些都会对列车的运行安全造成严重的影响。因此，将先进技术用于牵引电机轴承的状态监测和维护，对于保障轨道列车运营的安全性和可靠性具有重要意义。

现有的牵引电机轴承故障诊断技术主要分成两类：

(1)采用定期检修方式，当车辆在一定的运行周期结束后按时对轴承的绝缘阻抗值、内外圈、保持架、滚动体等零件进行详细的检查；

(2)通过传感器获取牵引电机轴承的震动信号，通过对震动信号的处理来判断轴承的运行状态和故障类型。第一种方法并不能避免在两次维修窗口期间因轴承出现故障导致的突发事故。第二种方法由于相关设备存储容量有限，本身无法对检测到的轴承数据进行长期保存、实现长期状态监测管理。

目前对牵引电机轴承剩余寿命的预测实际上大多还是采用传统的定期检查的方法，即在车辆完成一定的运行周期后，以人工检查轴承各零件的表面状态，观察损伤程度，利用相关机械原理公式计算或者凭借经验来判断轴承的剩余使用寿命，进而判断轴承的更换时间，该剩余寿命预测方式效率低且不够精确，不能以轴承实时的运行状态来准确把握轴承的更换周期。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于数字孪生的列车牵引电机轴承全生命周期管理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于数字孪生的列车牵引电机轴承全生命周期管理方法，包括以下步骤：

步骤S1：数据存储与融合模块通过数据获取与传输模块采集物理空间中牵引电机轴承的离线数据，并直接采集获取牵引电机轴承的在线数据后发送到数字空间；

步骤S2：数字空间中的数据分析模块对轴承进行故障诊断以及轴承剩余使用寿命的预测；

步骤S3：数据分析模块将得到的轴承故障诊断结果和剩余使用寿命预测结果传输至数据存储与融合模块，供MR人机交互模块调用；

步骤S4：数字空间中的虚拟数字孪生体用以实现电机轴承运行状态的高逼真度仿真，建立物理空间轴承实时运行状态到数字空间的映射；

步骤S5：MR人机交互模块实现轴承运行状态的可视化和轴承维保操作指导。

所述的步骤S1中，物理空间的在线数据包括轴承载荷、轴承转速、电机转矩以及动态变化的环境参数，在线数据与离线数据中的环境参数包括电机运行环境的湿度和温度。