[发明专利]一种铁路机车轴承及齿轮故障诊断方法和诊断系统

说明书

本发明公开了一种铁路机车轴承及齿轮故障诊断方法和诊断系统，方法包括以下步骤：将振动加速度传感器、转速测量传感器以及GPS传感器布置于机车轴承及齿轮的预定位置以采集实时数据；筛选所述实时数据且将其分割为预定间隔时长的数据段，实时计算时域指标数组和频域矩阵；基于所述时域指标数组经由自学习训练判定故障程度及测算剩余寿命，基于所述频域矩阵经由自学习训练判定故障类型和位置。系统包括电源模块、数据采集模块、缓存预处理模块、计算模块、诊断模块、存储传输模块、机载报警模块、输入输出接口。本公开的方法与系统均在车载硬件单元中实现，不依赖于外界计算设备与终端，从而确保故障诊断的稳定性与可靠性。

技术领域

本发明属于故障诊断技术与信号处理分析技术领域，特别是一种铁路机车轴承及齿轮故障诊断方法和诊断系统。

背景技术

轴承与齿轮是铁路机车牵引电机及轴箱的核心部件之一，直接影响机车的运行安全。现有的铁路机车轴承与齿轮故障诊断系统通常依据简单的特征指标进行报警，造成故障诊断率低，漏报与误报情况严重，导致机务段检修人员无法准确掌握轴承及齿轮的真实故障状态，造成很大的安全隐患；此外，在现有的铁路机车监测诊断系统中，对轴承与齿轮的故障诊断模式为：机载硬件只负责数据采集，而过多依靠计算终端的软件系统进行数据分析与故障诊断，由于数据传输量大，很多数据无法进行分析而被选择性删除，导致不能第一时间准确发现机车轴承与齿轮的故障程度及故障类型，诊断结果具滞后性；而且，现有的铁路机车监测诊断系统功能简单，过多的依靠外部设备进行故障数据处理及故障报警，涉及的设备多，布线长，成本高，稳定性差，无法满足当前机务段对轴承及齿轮准确实时诊断的迫切需求。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种铁路机车轴承及齿轮故障诊断方法和诊断系统，可实现在机载硬件中完成故障特征指标计算及频谱图计算，并实现硬件内的实时故障诊断，然后，在本地及远程终端进行故障诊断结果的显示，所述方法不依赖于外界终端设备的计算能力，而且传输数据小，智能化程度高，显著节约部署成本。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种铁路机车轴承及齿轮故障诊断方法，包括以下步骤：

第一步骤中，振动加速度传感器、转速测量传感器以及GPS传感器布置于机车轴承及齿轮的预定位置以采集实时数据；

第二步骤中，筛选所述实时数据且将其分割为预定间隔时长的数据段，缓存所述数据段；

第三步骤中，滤波所述数据段，基于滤波后的所述数据段生成时域指标数组和频域矩阵，其中，所述时域指标数组至少包括第一指标、第二指标和第三指标，频域矩阵包括FFT、包络谱、倒频谱和能量谱，其中，第一指标、第二指标、第三指标分别为：

其中，F表示滤波后的振动信号，N为F中的总点数，m和i均为正整数，F′表示F的导数，表示F′的平均值，F″表示F的二阶导数，表示F″的平均值，ΔE_i＝F²_i+1-F²_i，是ΔE的平均值；

第四步骤中，基于所述时域指标数组经由自学习训练判定故障程度及测算剩余寿命，基于所述频域矩阵经由自学习训练判定故障类型和位置。

所述的方法中，第二步骤中，当机车速度达到额定运行速度的预定百分比以上且不处于加减速过程时，判定机车处于正常运行过程，等角度重采样所述正常运行过程的实时数据且将其分割为预定间隔时长的数据段，缓存所述数据段。