分量的方法來模擬濃動(dòng)軸承從正常狀態(tài)一早期故障一嚴(yán)重故障的過程， 仿真算式為
這里符號(hào)
和動(dòng)分別代表第j|:段數(shù)據(jù)所包含的簡(jiǎn)諧分量、沖擊分量和噪 聲分量，它們的表達(dá)式分別〉

|，其中N為每段數(shù)據(jù) 的長(zhǎng)度，養(yǎng)，j|為仿真信號(hào)的采樣頻率，義熟：Hz，尤為沖擊信號(hào)出現(xiàn) 的頻率Hz，，:為沖擊分量的幅值系數(shù)，當(dāng):時(shí)，.._祕(mì)，當(dāng) 時(shí)，
|:，符號(hào)代表計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)差，:_為噪聲分量的幅值系數(shù)，對(duì)所有的60段數(shù)據(jù)
1i勻增大到
yz。隨著滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)的不斷惡化，軸承振動(dòng)信號(hào)中的噪聲分量逐漸 增大，當(dāng)時(shí)向仿真信號(hào)中添加沖擊分量，表示滾動(dòng)軸承在該時(shí)刻開始出現(xiàn)故障，當(dāng) 時(shí)仿真信號(hào)中的沖擊分量明顯增大，表示滾動(dòng)軸承在該時(shí)刻出現(xiàn)嚴(yán)重故障。圖3-5 所示分別為正常（取j=l)、早期故障（取j=50)和嚴(yán)重故障（取j=58)階段滾動(dòng)軸承的振 動(dòng)仿真數(shù)據(jù)。首先采用有效值方法對(duì)該滾動(dòng)軸承仿真信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。圖 6顯示有效值方法檢測(cè)到的狀態(tài)突變點(diǎn)分別位于j=47和j=59,這顯然與實(shí)際情況不符。接 著采用峭度方法對(duì)該滾動(dòng)軸承仿真信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖7所示。圖7顯示峭度方法檢 測(cè)到的狀態(tài)突變點(diǎn)分別位于j=43和j=59,這也與實(shí)際情況不符。采用本發(fā)明對(duì)該仿真數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析，結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出，本發(fā)明檢測(cè)到的狀態(tài)突變點(diǎn)分別位于 和/=%，這兩個(gè)時(shí)刻正好分別對(duì)應(yīng)仿真信號(hào)中沖擊分量出現(xiàn)和增大的時(shí)刻，因此該仿真算 例證明了本發(fā)明的有效性。
[0026] 本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法經(jīng)200次仿真試驗(yàn)驗(yàn)證，準(zhǔn)確率達(dá)100%。
[0027] 試驗(yàn)2,利用實(shí)測(cè)的滾動(dòng)軸承全生命周期數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明所述算法的性能進(jìn)行進(jìn)一 步驗(yàn)證。四個(gè)型號(hào)為RexnordZA-2115的雙列滾子軸承被安裝在主軸上，主軸的轉(zhuǎn)速保持 在2000RPM，利用彈簧機(jī)構(gòu)向軸承施加30000N的徑向載荷。軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)通過安裝在1 號(hào)軸承外殼上的加速度計(jì)測(cè)取，采樣頻率為20kHz，每次采樣測(cè)取20480個(gè)點(diǎn)，每隔10分鐘 采樣一次，直到軸承完全破壞為止總共測(cè)取了 984組數(shù)據(jù)，耗時(shí)164個(gè)小時(shí)。采用有效值方 法對(duì)該滾動(dòng)軸承的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，有效值方法能夠 檢測(cè)到的最早的狀態(tài)突變點(diǎn)位于117. 2小時(shí)處。接著，采用峭度方法對(duì)該滾動(dòng)軸承的運(yùn)行 過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出，峭度方法能夠檢測(cè)到的最早的狀態(tài)突 變點(diǎn)位于117小時(shí)處。最后，采用本發(fā)明對(duì)該滾動(dòng)軸承的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖11 所示。從圖11可以看出，本發(fā)明能夠檢測(cè)到的最早的兩個(gè)狀態(tài)突變點(diǎn)分別位于88. 67小時(shí) 處和117. 2小時(shí)處，其中第二個(gè)狀態(tài)突變點(diǎn)大體對(duì)應(yīng)有效值(或峭度）所能檢測(cè)到的第一個(gè) 狀態(tài)突變點(diǎn)。從上面的結(jié)果可以看出，本發(fā)明能夠檢測(cè)到的最早的狀態(tài)突變時(shí)刻遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于 有效值(或峭度）方法能夠檢測(cè)到的最早的狀態(tài)突變時(shí)刻。
[0028] 經(jīng)100次試驗(yàn)驗(yàn)證，采用本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法能夠檢測(cè)到的最早的狀態(tài)突變時(shí)刻比有 效值方法、峭度方法平均提前24. 5%。
[0029] 為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，在保持實(shí)驗(yàn)條件完全相同的情況下重復(fù)進(jìn)行 100次上述滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)，采用本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法、有效值方法和峭度方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承 的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)用本發(fā)明檢測(cè)到狀態(tài)突變時(shí)(此時(shí)，有效值和峭度未能檢測(cè)到狀態(tài)突變）停 止實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)軸承1進(jìn)行拆解，其中98次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)軸承1的外圈表面上存在著幾個(gè)比較 小的凹坑，這個(gè)結(jié)果說明本發(fā)明的滾動(dòng)軸承監(jiān)測(cè)方法準(zhǔn)確率達(dá)到98%。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相 比，本發(fā)明在滾動(dòng)軸承早期故障檢測(cè)方面具有更好的性能。
[0030] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上述的【具體實(shí)施方式】只是示例性的，是為了使本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠更好的理解本
【發(fā)明內(nèi)容】
，不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，只要是 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案所作的改進(jìn)，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括振動(dòng)信號(hào)序列轉(zhuǎn) 換二值符號(hào)序列步驟。2. 如權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 振動(dòng)信號(hào)序列轉(zhuǎn)換二值符號(hào)序列步驟： 根據(jù)相鄰序列點(diǎn)之間的上升或下降關(guān)系將序列X,,轉(zhuǎn)換為二值符號(hào)序列;3. 如權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 包括測(cè)取振動(dòng)信號(hào)序列步驟。4. 如權(quán)利要求3所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 測(cè)取振動(dòng)信號(hào)序列步驟： 利用加速度傳感器W固定的時(shí)間間隔分次測(cè)取滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)，記第i次獲取 的信號(hào)為X,,化=1，2，…，N)，N為采樣信號(hào)的長(zhǎng)度。5. 如權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 包括單詞頻次序列計(jì)算步驟。6. 如權(quán)利要求5所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 單詞頻次序列計(jì)算步驟： 定義m個(gè)連續(xù)字符為一個(gè)單詞，通過數(shù)據(jù)點(diǎn)的滑動(dòng)將該二值符號(hào)序列轉(zhuǎn)換為一個(gè)包 含不同單詞類型的集合，計(jì)算每個(gè)單詞類型出現(xiàn)的頻率，最后得到一個(gè)長(zhǎng)度為2"的單詞頻 次序列。7. 如權(quán)利要求5所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 包括判斷步驟。8. 如權(quán)利要求7所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 判斷步驟： 將初始狀態(tài)作為正常參考狀態(tài)，計(jì)算初始狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列與其它任一時(shí)刻 所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列之間的加權(quán)相似性測(cè)度，將加權(quán)相似性測(cè)度作為特征參數(shù)來判斷滾 動(dòng)軸承是否存在故障。9. 如權(quán)利要求8所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 如果加權(quán)相似性測(cè)度在某時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的數(shù)值較上一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的數(shù)值變化超過20%，則判 斷該時(shí)刻為故障出現(xiàn)的時(shí)刻。10. 如權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 加權(quán)相似性測(cè)度的計(jì)算包括W下步驟： 1)分別計(jì)算初始狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列與其它任一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序 列的概率密度；其中，;代表第i個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列，31,代表初始時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的單詞頻 次序列，代表％;沖的第k個(gè)元素，代表;沖的第k個(gè)元素，胃J代表單詞頻次序列 的概率密度，胃代表胃I中的第k個(gè)元素，議Ij如表單詞頻次序列前概率密度，||f代表 沖的第k個(gè)元素，龍;代表單詞頻次序列的長(zhǎng)度，恥胃; 2) 計(jì)算初始狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列馬與其它任一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列 新對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子： 皆二[-巧'喊(鞏')-巧'峭(巧')]吃[-巧'峭(如)-打峭批）， 其中，;代表單詞頻次序列胃^和％之間的權(quán)重因子，雜|f代表i%沖的第k個(gè)元 素； 3) 計(jì)算初始狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列胃與其它任一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列 %之間的加權(quán)相似性測(cè)度： 腸 11=-這k*--s/K， 其中，顯1||代表單詞頻次序列%和%之間的加權(quán)相似性測(cè)度/繫代表單詞頻次序 列的長(zhǎng)度，恥載=i:lir。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于加權(quán)相似性測(cè)度的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，該方法首先根據(jù)相鄰序列點(diǎn)之間的漲落趨勢(shì)將滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為二值符號(hào)序列，然后再將二值符號(hào)序列轉(zhuǎn)換為單詞頻次序列，最后計(jì)算初始狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列與其它任一狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的單詞頻次序列之間的加權(quán)相似性測(cè)度，以該測(cè)度作為特征參數(shù)來監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，在滾動(dòng)軸承的運(yùn)行過程中，如果加權(quán)相似性測(cè)度在某時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的數(shù)值較上一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的數(shù)值變化超過20%，則判定滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)在該時(shí)刻發(fā)生了明顯的變化，該時(shí)刻則被作為故障出現(xiàn)的時(shí)刻，本發(fā)明適合于處理復(fù)雜的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)，能及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出滾動(dòng)軸承的早期故障，具有良好的抗噪性和魯棒性，便于工程應(yīng)用。
【IPC分類】G06F19/00, G01M13/04
【公開號(hào)】CN105004523
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510468725
【發(fā)明人】林近山, 竇春紅
【申請(qǐng)人】濰坊學(xué)院
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年8月4日