[发明专利]一种高速列车齿轮箱传动系统轴承故障检测方法

权利要求书

1.一种高速列车齿轮箱传动系统轴承故障检测方法，应用于检测系统，其特征在于：所述检测系统包括温度传感器、加速度传感器、模拟量数据采集器、RS485转串口模块、串口屏，温度传感器、加速度传感器紧贴齿轮箱传动系统的轴承盖安装，其中温度传感器用于检测齿轮箱传动系统轴承的温度信息，加速度传感器用于检测齿轮箱传动系统轴承的振动频率，模拟量数据采集器安装在齿轮箱的表面，用于接收温度传感器、加速度传感器采集到的模拟量信息，并将该信息转换为数字量，以RS485通信方式向串口屏发送这些数字量，通过串口屏来判断该轴承是否存在故障，其中RS485转串口模块和串口屏均安装在列车的操控台上。

2.根据权利要求1所述的高速列车齿轮箱传动系统轴承故障检测方法，其特征在于：采用曲线拟合算法对温度传感器和加速度传感器采集到的值做非线性补偿，以得出同一时刻轴承最接近的温度值和振动频率，并通过轴承的温度值和振动频率判断出该时刻轴承是否出现故障。

3.根据权利要求2所述的高速列车齿轮箱传动系统轴承故障检测方法，其特征在于：所述串口屏判断轴承故障的方案为：先对系统做初始化处理，接着温度传感器和加速度传感器同时对高速列车齿轮箱传动系统轴承的温度和振动频率信息进行采集，其中模拟量数据采集器通过两路信号同时采集，由串口屏对模拟量数据采集器传来的数据进行非线性补偿，其中串口屏自带控制器，可以在串口屏的控制器中对温度传感器和加速度传感器采集到的信息进行非线性补偿，接着由串口屏的控制器根据非线性补偿后的温度值和频率值来判断轴承是否出现故障，即当温度传感器检测到轴承的温度超过预设值，且加速度传感器检测到轴承的振动频率超过预设值时，串口屏便判断该轴承出现了故障，并将故障信息显示在串口屏上。

4.根据权利要求2所述的高速列车齿轮箱传动系统轴承故障检测方法，其特征在于：采用曲线拟合算法对温度传感器采集到的值做非线性补偿的步骤包括：

S1.模型建立

采用正常情况下温度传感器的输入—输出特性曲线作为正模型，将输出—输入作为温度传感器的逆模型，再将正模型和逆模型进行坐标转换后的输出值作为测量系统的输出值，即可实现线性化，进而得到非线性补偿后的输入输出特性曲线，其中正模型和逆模型互为反函数；

S2.曲线拟合步骤

(1)对温度传感器进行标定试验，记录输入输出的数据：

式(1)中x_i表示输入温度值，y_i表示输出温度值，n表示标定试验的标定点个数；

(2)设定逆模型非线性输出特性拟合方程

设定逆模型非线性输出特性拟合方程为：

式(2)中，a₀,a₁,a₂,a₃,...,a_n为各个因式的系数，是常量；n＝4，则逆模型非线性输出特性拟合方程可写为：

(3)计算各个因式的系数

采用最小二乘法来计算式(3)中待定系数a₀,a₁,a₂,a₃,a₄的值，即使得逆模型非线性输出特性拟合方程的所有值x_i(y_i)与标定试验的标定值x_i的均方差达到最小，即：

从导数的角度出发，使均方差达到最小值，函数F(a₀,a₁,a₂,a₃,a₄)对5个待定系数进行求导，且令对应的导数为零，计算方法如下：

将式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)整理后得到如下矩阵：

式(10)中，H,I,J,K,L,M,N,O,C,D,E,F,G的计算公式为：

(4)待定系数计算

结合式(10)和式(11)即可求出待定系数a₀,a₁,a₂,a₃,a₄的值；

(5)非线性补偿后结果

将待定系数值代入式(3)中，并将式(3)转换为：

x_i(x₀)＝[(a₄·y_i²+a₃·y_i+a₂)y_i+a₁]y_i+a₀ (12)

再把输出温度值y_i代入式(11)即可计算出输入温度值x_i，即可得出非线性补偿后输入温度值x_i与输出温度值y_i之间的关系，进而得出温度传感器非线性校正后的输入输出特性曲线；

(6)导入非线性补偿模型

将非线性补偿后的输入温度值x_i与输出温度值y_i之间的函数写入串口屏的控制器中，将温度传感器采集的输出传输至串口屏即可自动计算出非线性补偿后的值。