[发明专利]一种煤矿机械设备轴承在线故障诊断方法及装置

说明书

本发明提供了一种煤矿机械设备轴承在线故障诊断方法及装置，属于轴承故障在线诊断技术领域；解决了现有轴承在线诊断或检测存在的算法复杂不利于诊断能力的在线布置问题；包括如下步骤：轴承振动相关信号采集：采集轴承的振动信号、转速，并按帧分割；轴承振动的维度特征提取：根据轴承的振动信号、转速、采样频率，序列地计算轴承振动特征‑能量水平和能量因子；轴承振动的时间特征提取：根据能量因子，序列地计算某段时间间隔内能量因子的时间信息；融合维度‑时间特征的轴承故障诊断：根据维度信息‑能量水平以及某段时间间隔内能量因子的时间信息，给出某时刻轴承是否发生故障、以及轴承的损伤类型与严重程度；本发明应用于轴承故障诊断。

技术领域

本发明提供了一种煤矿机械设备轴承在线故障诊断方法及装置，属于轴承故障在线诊断技术领域。

背景技术

振动信号分析已经广泛应用于煤矿机械设备轴承故障的检测与诊断。大量的时域、频域分析技术、信息融合技术被提出用于从振动信号中提取并综合轴承健康状况的相关信息以检测、诊断轴承故障。但在矿井作业中，由于煤矿机械设备较强的宽带背景噪声以及轴承故障发生发展固有的不确定性，轴承的振动信号通常会变得异常复杂，单一的振动特征难以准确地反映轴承运行的健康状况，而且不同振动特征在捕获轴承对损伤发展的动态响应时呈现出较大的分散性或性能差异，纯粹以大数据为基础的信息融合技术，不仅算法复杂不利于诊断能力的在线布置，甚至使得诊断结果趋于平庸化。其中诊断能力指的是实现故障诊断功能所需要配置的软硬件系统。不同的故障诊断算法，对应的实现算法的软硬件系统的复杂程度也会不一样，比如需要配置的存储、计算、通信的芯片。因此，如何实时地跟踪煤矿机械设备轴承实际的健康状况，在给定虚警率的条件下提高轴承故障检测、诊断的准确度，仍然是避免矿井作业由轴承早期故障发展引起的系统二次损伤及非计划停机，实现煤矿机械设备安全、可靠、经济运行需要解决的关键技术环节。

发明内容

本发明为了解决现有轴承在线诊断或检测存在的算法复杂不利于诊断能力的在线布置问题，提出了一种煤矿机械设备轴承在线故障诊断方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤矿机械设备轴承在线故障诊断方法，包括如下步骤：

S1：轴承振动相关信号采集：采集轴承的振动信号、转速、采样频率，并按帧分割；

S2：轴承振动的维度特征提取：根据轴承的振动信号、转速、采样频率，序列地计算轴承振动特征-能量水平RMSband、E(f)和能量因子EI；

S3：轴承振动的时间特征提取：根据能量因子EI，序列地计算从t₁时刻到t_n时刻的时间间隔内能量因子EI的时间信息；

S4：融合维度-时间特征的轴承故障诊断：根据t_n时刻的轴承振动特征-能量水平RMSband、E(f)，以及t₁时刻到t_n时刻的时间间隔内能量因子EI的时间信息，给出t_n时刻轴承是否发生故障、以及轴承的损伤类型与严重程度。

所述步骤S2中轴承振动的维度特征提取的步骤如下：

S21：采用带通滤波提取轴承共振频带的振动信号；

S22：根据轴承共振频带的振动信号计算轴承共振频带的能量水平RMSband；

S23：采用Hilbert变换和傅立叶变换提取轴承共振频带振动信号的包络频谱；

S24：根据轴承共振频带振动信号的包络频谱计算轴承特征频率的能量水平E(f)；

S25：根据轴承振动信号计算轴承整个频带的能量水平RMS；

S26：根据轴承共振频带的能量水平RMSband、轴承整个频带的能量水平RMS计算能量因子EI。