[发明专利]一种电机滚动轴承故障诊断方法及其诊断系统

权利要求书

1.一种电机滚动轴承故障诊断方法，其包括如下步骤：

第一步骤(S1)：设置包括径向X、前向Y、垂向Z三个方向的三维坐标系，在电机滚动轴承附近布置三向加速度传感器以获得三向振动信号，其中，设置每次进行分析的信号时长为T，三向振动信号表示为振动向量矩阵Acc＝[Acc_x，Acc_y，Acc_z]，其中，Acc_x，Acc_y，Acc_z分别表示X、Y、Z三向上的振动向量；

第二步骤(S2)：布置转速传感器和电流计以获取滚动轴承的转速脉冲信号和测量电机定子的电流信号，其中，转速脉冲信号表示为转速向量V，定子的电流信号表示为电流向量I；

第三步骤(S3)：设置判断电流平稳度的最大允许偏差σ_I，设置判断转速平稳度的最大允许偏差σ_v，在T时间段内，通过如下预定条件截取转速及电流平稳工况下的振动数据：

其中，若判定为无效数据，则丢弃T时间段内存储的振动向量矩阵Acc、转速向量V以及电流向量I；若评判结果为有效数据，记录振动向量矩阵Acc、转速平均值和电流平均值

第四步骤(S4)中，提取第三步骤(S3)中判定有效的T时间段内的三向振动数据Acc，分别计算三向振动数据的标准差以及分别计算三个方向复合时域指标Amp：其中，N表示T时间段内振动数据的总采样点数，x_i表示T时间段内第i个点的振动幅值，表示T时间段内振动数据的平均值，δ表示T时间段内所有数据的标准差；

第五步骤(S5)：测试获得阈值表，所述阈值表为实际运行中出现频率最高的转速与电流的组合，所述阈值表的行表征轴承转速V，所述阈值表的列表征电机负载的定子电流I，其中，根据给定的定子电流和轴承转速可唯一确定一个3*3维的阈值矩阵，所述阈值矩阵中，第一列表示x方向的轻度故障报警阈值、中度故障报警阈值以及重度故障报警阈值，第二列表示y方向的轻度故障报警阈值、中度故障报警阈值以及重度故障报警阈值，第三列表示z方向的轻度故障报警阈值、中度故障报警阈值以及重度故障报警阈值，其中轻度故障报警阈值取值为无故障平稳运行时计算得到的复合时域指标Amp的1.3倍至2倍，中度故障报警阈值取值为无故障平稳运行时计算得到的复合时域指标Amp的2-3倍，重度故障报警阈值取值为无故障平稳运行时计算得到的复合时域指标Amp的3倍以上；

第六步骤(S6)中，第四步骤(S4)中获得的三个方向的复合时域指标与所述阈值表进行比对得出故障程度并进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种电机滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，优选的，所述方法还包括：

第七步骤(S7)：若产生了报警，将数据传输到地面端进行频谱分析，计算两个轴承的内圈、外圈、滚子以及保持架的特征频率，并计算所有特征频率中的最大特征频率f_max；设置可变带宽和中心频率的复Morlet小波滤波器组的带宽数组为：

滤波器的中心频率为：

其中F_s为采样频率；以中心频率和带宽为变量的小波系数为：

W(CF，δ)＝F^-1{X(f)U(δ，f)}

其中X(f)为振动信号向量Acc的傅里叶变换，δ为滤波器的带宽系数，取值为δ＝c*BW，其中c为带宽修正系数，F^-1表示傅里叶逆变换，且：

谱峭度为其中，E表示均值运算；

第八步骤(S8)：选取谱峭度最大的带宽及对应的中心频率对信号进行滤波，进而对滤波后的信号进行包络解调，得到滚动轴承故障振动信号包络后的频谱谱线；

第九步骤(S9)：将频谱谱线与滚动轴承特征频率进行对比，比对的最大允许偏差值用Rel表示，其计算公式如下：

其中，分析时间长度为T，单位为秒，频率分辨率为1/(2T)，将频谱图中的频率与电机两个轴承的内圈、外圈、保持架以及滚子故障频率进行对比，如果处于理论特征频率值及其倍频的正负Rel范围内出现突出的谱线，则可以确定存与对应理论特征频率值相对应的故障类型。