本發(fā)明涉及一種模態(tài)分量的選擇方法在軸承故障領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，特別是關(guān)于一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法。

背景技術(shù)：

1、軸承是機(jī)械設(shè)備的重要連接部件，廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天和機(jī)床加工等領(lǐng)域，由軸承引起的傳動系統(tǒng)故障可達(dá)48％，滾動軸承故障不僅會影響設(shè)備的運(yùn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更甚者還會引發(fā)人員傷亡。因此，對滾動軸承的故障準(zhǔn)確的診斷格外重要。

2、模態(tài)分解方法對于非平穩(wěn)、非線性的軸承振動信號具有較好的自適應(yīng)分解特征，因此廣泛應(yīng)用于軸承故障診斷領(lǐng)域中。

3、模態(tài)分解方法在對信號進(jìn)行分解之后得到一系列的模態(tài)分量信號，不同的分量信號中包含不同的信息，準(zhǔn)確的從其中選擇包含故障特征最多的模態(tài)分量是實(shí)現(xiàn)軸承故障特征準(zhǔn)確判斷的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對模態(tài)分解方法最優(yōu)模態(tài)分量難以選擇的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，能有效從一系列模態(tài)分量中挑選出包含故障特征最多的分量。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，包括以下步驟：

4、s1：采用模態(tài)分解方法(例如變分模態(tài)分解(vmd))對原始信號進(jìn)行分解，得到一系列模態(tài)分量信號。

5、s2：計(jì)算各模態(tài)分量對應(yīng)的無偏自相關(guān)基尼系數(shù)值，選取其中最大值對應(yīng)的模態(tài)分量作為最佳分量。

6、s3：對最佳模態(tài)分量進(jìn)行包絡(luò)譜解調(diào)，獲取并分析軸承的真實(shí)故障特征頻率，進(jìn)而確定軸承故障類型。

7、優(yōu)選地，所述s1具體為：

8、以故障軸承振動加速度信號為研究對象，采用模態(tài)分解方法對原始信號進(jìn)行分解，獲得一系列模態(tài)分量。

9、優(yōu)選地，所述s2其計(jì)算流程如下：

10、s2.1：求解各分量信號xi的無偏自相關(guān)，以剔除信號中與故障信息無關(guān)的噪聲、隨機(jī)脈沖等成分，從而增強(qiáng)周期性的特征，其求解表達(dá)式為：

11、

12、其中n表示時間序列信號的總個數(shù)，n＝1,2...n；τ表示遲滯系數(shù),τ＝-(n-1),-(n-2),...,0,...(n-2),(n-1)。

13、s2.2：求解各無偏自相關(guān)信號aci(τ)的平方包絡(luò)譜，其求解表達(dá)式為：

14、acsesi＝abs(fft|aci(τ)|2)

15、[其中fft表示快速傅里葉變換。

16、s2.3：將各平方包絡(luò)后的無偏自相關(guān)信號按照升序排列：acsesi＝[acses(1),acses(2),...acses(k),...acses(k)],acses(1)≤acses(2)...≤acses(k)...≤acses(k),k表示分量信號經(jīng)過無偏自相關(guān)求解后的序列總數(shù)，k＝2n-1。

17、s2.4：將按升序排列好后的acsesi代入基尼系數(shù)指標(biāo)中，從而就構(gòu)造了無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)ac-gisesi，其求解表達(dá)式為：

18、

19、其中k表示k中的第k個，∥·∥1為l1范數(shù)運(yùn)算。

20、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，其特征在于，所述s3具體為：

21、對所述無偏自相關(guān)基尼系數(shù)最大的模態(tài)分量進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，在包絡(luò)譜中分析軸承故障特征，獲取軸承的實(shí)際故障特征頻率，對比所述軸承的真實(shí)特征頻率和各軸承故障類型對應(yīng)的理論故障特征頻率，當(dāng)所述軸承的真實(shí)特征頻率與其中一種或多種軸承故障類型對應(yīng)的故障特征頻率一致時，則確定軸承存在該類型的故障。

22、軸承的理論故障可通過軸承的轉(zhuǎn)速和尺寸參數(shù)計(jì)算得到，其表達(dá)式如下所示：

23、外圈理論故障特征頻率：

24、

25、內(nèi)圈理論故障特征頻率：

26、

27、滾動體理論故障特征頻率：

28、

29、保持架理論故障特征頻率：

30、

31、其中r代表軸承轉(zhuǎn)速，n代表滾珠個數(shù)，d代表滾動體直徑，d代表軸承節(jié)徑，α代表滾動體接觸角。

32、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

33、本發(fā)明為了更好的挑選出包含故障特征更多的模態(tài)分量，采用無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)度量模態(tài)分量信號，選擇具有最大無偏自相關(guān)基尼系數(shù)的模態(tài)分量作為最佳模態(tài)。本方法可有效提取滾動軸承的故障特征，避免了人工挑選不當(dāng)帶來的診斷誤差。

技術(shù)特征：

1.一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，其特征在于，所述s1具體為以故障軸承振動加速度信號為研究對象，采用模態(tài)分解方法對原始信號進(jìn)行分解，獲得一系列模態(tài)分量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，其特征在于，所述s2中無偏自相關(guān)基尼系數(shù)是指一種綜合軸承故障沖擊特性與周期特性的評測指標(biāo)，其計(jì)算流程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法，其特征在于，所述s3具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種針對多種模態(tài)分解方法最優(yōu)模態(tài)分量難以選擇的問題，提出了一種基于無偏自相關(guān)基尼系數(shù)指標(biāo)的模態(tài)分量選擇方法。其特征在于，包括以下步驟：S1：采用模態(tài)分解方法(例如：變分模態(tài)分解(VMD))對原始信號進(jìn)行分解，得到一系列模態(tài)分量信號；S2：計(jì)算各模態(tài)分量對應(yīng)的無偏自相關(guān)基尼系數(shù)值，選取其中最大值對應(yīng)的模態(tài)分量作為最佳分量；S3：對最佳模態(tài)分量進(jìn)行包絡(luò)譜解調(diào)，獲取并分析軸承的真實(shí)故障特征頻率，進(jìn)而確定軸承故障類型。與現(xiàn)有指標(biāo)相比，該指標(biāo)可以綜合評估軸承故障特征的沖擊性與周期性，從而可以挑選出包含故障特征最多的模態(tài)分量。

技術(shù)研發(fā)人員：何勇,王澤宇,王紅,劉曉玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19