一种活齿减速器故障定位方法

摘要

本发明提供了一种活齿减速器故障定位方法，通过活齿减速器运行状态下振动时域信号的获取，采用快速傅里叶变换得到振动信号的频域分布，选取时域与频域中的多个统计特征参数进行改进的主分量分析，构建主分量的χ²分布，建立信号的时频统计特征分布图。根据不同故障样本数据在特征图上的位置分布，在时频主分量统计特征图上绘制若干个故障分区。之后再利用时频主分量统计特征图对待诊断的活齿减速器进行故障定位。本发明可以提高活齿减速器故障定位的准确性，可大大减少活齿减速器故障诊断的成本与时间。

主权项

一种活齿减速器故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集活齿减速器在正常运行状态下的振动时域信号；从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组正常信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；其中n和V均为大于1的正整数；(2)分别计算V组正常信号数据的8个特征参数C₁～C₈，构成观测数据集C＝{C_vi}_V×8；对C做改进的主分量分析处理，得到时频主分量Y和载荷矩阵W；其中，所述改进的主分量分析处理包括如下步骤：(2.1)令观测数据集为D，D＝{d_ij}_V×8；(2.2)对观测数据集D做标准化处理，得到标准化矩阵Z_V×8：Z＝{z_ij|z_ij＝(d_ij—μ_j)/s_j}，其中μ_j和s_j分别表示第j列的样本均值与样本标准差；(2.3)计算Z的样本协方差矩阵Q：$Q={\left\{q_{\mathrm{ij}}\right\}}_{8\times 8}=\{\frac{1}{V-1}\underset{k=1}{\overset{V}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{V}{\Sigma }}(z_{\mathrm{ki}}-{\mathrm{\mu z}}_i)(z_{\mathrm{kj}}-{\mathrm{\lambda z}}_j){\}}_{8\times 8},$其中${\mathrm{\mu z}}_i=\frac{\underset{r=1}{\overset{V}{\Sigma }}{z}_{\mathrm{ri}}}{V},{\mathrm{\mu z}}_j=\frac{\underset{r=1}{\overset{V}{\Sigma }}{z}_{\mathrm{rj}}}{V};$(2.4)解|Q–λE|＝0方程组，E为单位阵，求出Q的特征值λ_j与特征向量t_j；记Λ＝{λ_j，j＝1,2,…,8}为特征值按从大到小顺序排序后的特征值序列，按照主元贡献率法确定主分量维数H：$H=\min \left\{k\right|\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\lambda }_i}{\underset{i=1}{\overset{8}{\Sigma }}{\lambda }_i}\ge \mathrm{CPV},k=1,...8\},$CPV为确定主元个数的控制限；记Λ_H＝diag{λ₁,…,λ_H}为前H个最大特征值为对角线构成的对角阵，T＝{t₁,t₂,…,t_H}_8×H为前H个最大特征值对应的特征向量矩阵；(2.5)根据贝叶斯理论，采用极大似然估计法确定载荷矩阵W：W_8×H＝T(Λ_H‑σ²E)^1/2，${\sigma }^2=\frac{1}{8-H}\underset{k=H+1}{\overset{8}{\Sigma }}{\lambda }_k$(2.6)令Y＝ZW，则Y_V×H为时频主分量；(3)根据时频主分量Y的χ²统计量U，构建时频主分量统计特征图，并绘制出时频主分量统计特征图上的正常区域；(4)采集活齿减速器在第一故障状态下的振动时域信号，从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组故障信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；(5)分别计算V组故障信号数据的8个特征参数构成观测数据集对C^(b)做标准化处理后与载荷矩阵W相乘，得到第一故障时频主分量Y^(b)；(6)在时频主分量统计特征图上绘制由第一故障时频主分量Y^(b)构成的第一故障分区；(7)按照步骤(4)‑(6)所示的方法遍历活齿减速器的所有故障状态，在时频主分量统计特征图上得到若干个故障分区；(8)采集活齿减速器在运行状态下的振动时域信号；从振动时域信号中截取连续的采样数为n的不重叠的V组待诊断信号；并将每组时域信号的波形转换成频域分布；(9)分别计算V组待诊断信号数据的8个特征参数C₁'～C₈'，构成观测数据集C'＝{C_vi'}_V×8；对C'做做标准化处理后与载荷矩阵W相乘，得到待诊断时频主分量Y'；(10)在时频主分量统计特征图上绘制由待诊断时频主分量Y'构成的待诊断区域；(11)若待诊断区域位于正常区域内，则判断出活齿减速器无故障；若待诊断区域位于任意一个故障分区内，则判断出活齿减速器存在与故障分区对应的故障类型；否则，活齿减速器存在未知故障。