基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法
【专利摘要】本发明公开了基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，包括以下步骤：步骤一、配置故障检测装置；步骤二、同步采集某一监测阵列n个测点冲击数据样本，其中，n为大于或等于4的偶数；步骤三、获取所测监测阵列n个测点的故障定量信息；步骤四、确定存在故障点时的动态报警阈值，再生成所测监测阵列的报警监测信息，否则根据静态阈值生成所测监测阵列的报警监测信息；步骤五、重复步骤二至步骤四进行下一监测阵列的巡检，直至完成转向架上所有监测阵列的巡检。本发明应用时能制定动态报警阈值，动态报警阈值结合静态阈值实时生成转向架故障监测信息，检测结果能更加及时、准确的反映故障的损害程度，能提高了机车行驶的安全性。
【专利说明】基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种故障检测技术，具体是基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故 障监测方法。
【背景技术】
[0002] 转向架旋转部件是机车运行安全的关键，因此，如何高效、准确的诊断转向架旋转 部件的故障一直是机车研究的重要问题。目前已投入采用的转向架故障监测几乎都是采用 基于共振解调技术的振动信号检测系统。利用安装在故障点就近位置(故障冲击信息可以 传递到达的位置）的加速度传感器，检测该冲击信息在机械内部辐射的纵波，利用该波激发 有限频响传感器的机械广义共振，传感器检测输出的电信号进一步激发电子电路的广义共 振，从而灵敏的实现故障冲击信息的检测、采集；将采集的信息输入到故障诊断模块，完成 了信号特征的提取、单条故障的判定、定位；在故障定量时，根据分析故障频率对应频谱的 幅值，应用系统标定的反演系数，反演计算出故障的时域冲击幅值，然后利用故障分贝值计 算公式，获取故障定量的DB值，最终根据故障的定量DB值与报警阈值的比较，发出对应级 别的报警监测信息。
[0003] 基于共振解调技术的振动信号检测系统的应用，在一定程度上提高了故障监测效 率，增加了行车的安全性。然而，由于现有诊断系统及诊断方法均没有涉及报警阈值的确定 方法，目前机车上采用的报警阈值是静态的、固定不定的，在机车投运后，不能根据运行的 线路状况和机车牵引的荷载不同而自我调节，导致系统误报警和漏报警现象的发生，大大 减低了报警监测信息的参考价值。例如，根据故障线路的长期数据跟踪发现，同种损害程度 的故障部件因受运行的线路状况和机车牵引的荷载等客观因素的影响，故障定量DB值有 很大的偏差，有时小于报警阈值，有时远远大于报警阈值，若继续采用静态报警阈值，报警 监测时有时无，这会给机车检修造困扰，失去系统检测的行车指导意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于动态报警阈值的转向架 旋转部件的故障监测方法，其应用时能根据车型、线路、运行工况等的不同确定动态变化的 报警阈值，进而能提高转向架旋转部件故障监测结果的及时性和准确性。
[0005] 本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：基于动态报警阈值的转向架旋 转部件的故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、根据转向架上相同故障频率部件的对称性分布将单个转向架上的测点分成多 个监测阵列，每个监测阵列呈对称分布的测点数量为η个，其中，η为大于或等于4的偶数； 在转向架上配备故障检测装置，故障检测装置包括与监测阵列数量相同的振动冲击传感器 组，每组振动冲击传感器组包括η个安装在转向架上的振动冲击传感器，多组振动冲击传 感器组与多个监测阵列 对应，且每组振动冲击传感器组中η个振动冲击传感器 对 应的监测同一监测阵列η个测点的冲击信息； 步骤二、采用振动冲击传感器同步采集某一监测阵列η个测点冲击数据样本； 步骤三、根据η个测点冲击数据样本获取所测监测阵列η个测点的故障定量信息； 步骤四、根据η个测点的故障定量信息确定存在故障点时的动态报警阈值，再根据动 态报警阈值生成所测监测阵列的报警监测信息，否则根据静态阈值生成所测监测阵列的报 警监测信息； 步骤五、重复步骤二至步骤四进行下一监测阵列的巡检，直至完成转向架上所有监测 阵列的巡检。其中，动态报警阈值是指根据车型、线路、运行工况等的不同制定动态变化的 报警阈值。本发明中动态报警阈值的确定原理是：由于监测阵列内η个测点在转向架上呈 对称分布，同步监测同一转向架上具有相同故障特征频率的旋转部件冲击信息，在正常状 态下，η个测点同等程度的受到运行线路或机车牵引载荷的不同等客观因素而导致的冲击 的影响，测量信息也是这些客观因素导致冲击的体现，因此监测阵列内η个测点的测量结 果在一定信任度下相互支持一致。
[0006] 进一步的，所述步骤三中获取的故障定量信息包括测点1?η的冲击峰值的
【权利要求】
1. 基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤一、根据转向架上相同故障频率部件的对称性分布将单个转向架上的测点分成多 个监测阵列，每个监测阵列呈对称分布的测点数量为η个，其中，η为大于或等于4的偶数； 在转向架上配备故障检测装置，故障检测装置包括与监测阵列数量相同的振动冲击传感器 组，每组振动冲击传感器组包括η个安装在转向架上的振动冲击传感器，多组振动冲击传 感器组与多个监测阵列 对应，且每组振动冲击传感器组中η个振动冲击传感器 对 应的监测同一监测阵列η个测点的冲击信息； 步骤二、采用振动冲击传感器同步采集某一监测阵列η个测点冲击数据样本； 步骤三、根据η个测点冲击数据样本获取所测监测阵列η个测点的故障定量信息； 步骤四、根据η个测点的故障定量信息确定存在故障点时的动态报警阈值，再根据动 态报警阈值生成所测监测阵列的报警监测信息，否则根据静态阈值生成所测监测阵列的报 警监测信息； 步骤五、重复步骤二至步骤四进行下一监测阵列的巡检，直至完成转向架上所有监测 阵列的巡检。
2. 根据权利要求1所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方 法，其特征在于，所述步骤三中获取的故障定量信息包括测点1?η的冲击峰值的 必值必_，(1)?迎_，(11)、存在故障的测点编号及对应的故障诊断值。
3. 根据权利要求2所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述步骤四的具体包括如下步骤： 步骤Α、判断是否存在故障点，若无故障点则生成正常监测信息并进入下一监测阵列故 障检测；若发现存在故障点，则根据所测监测阵列内非故障测点的冲击峰值的dB值建立一 致性关系矩阵； 步骤B、根据一致关系矩阵，判断所测监测阵列内是否存在最大一致测点组，若无则根 据静态阈值生成监测信息，若有则获取所监测阵列的最大一致测点组，同时根据所测监测 阵列内最大一致测点组内所有测点的冲击峰值的dB值获取衡量故障危害程度的在线动态 报警阈值，并根据动态报警阈值，生成故障监测信息。
4. 根据权利要求3所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述步骤A中建立一致性关系矩阵具体包括以下步骤： 步骤A1. 1、判断所测监测阵列内非故障点的个数m是否大于1，若是则继续下一步骤， 否则生成所测监测阵列内无最大一致测点组信息，并根据静态阈值生成监测信息； 步骤A1. 2、采用2 〇信任度函数来表示测点间一致性关系，〇信任度函数的公式为：
其中，i和j表示所测监测阵列中η个测点中的 两个测点，S为测点i的不确定度，其根据测点i存储的最近10个加速度有效峰值dB值计 算方差获取，\表示测点i的监测信息对测点j的监测信息的支持程度； 步骤A1. 3、分别对所测监测阵列内非故障测点的冲击峰值求取信任度函数，得到由·^ 组成的信任度矩阵D :
步骤A1. 4、根据设定阈值ε标记所测监测阵列内非故障测点相互支持的结果，其中， 标记方法为：若4 e且冬> f，则测点i、j相互支持，在一致性关系矩阵中标记4 = 1、 Γ』? = 1，否则标记％ = [-.1、= 0。
5. 根据权利要求4所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述步骤B中获取所测监测阵列内的最大一致测点组具体包括以下步骤： 步骤B1. 1、判断矩阵R的元素是否都为1，若是则最大一致测点组A的元素为所测监测 阵列内m个非故障测点的代码，否则进入下一步骤； 步骤B1. 2、判断m-1是否大于1，若是则进入下一步骤，否则生成所测监测阵列内无最 大一致测点组信息； 步骤B1. 3、判断矩阵R是否存在m-Ι个非故障测点代码两两组合为角标的元素全为1， 若是，则记录以对应的m-Ι个非故障测点代码为元素的一致测点组S ,若存在多个一致测 点组，需一一记录，并进入步骤B1. 4 ;否则，进入步骤B1. 5 ; 步骤B1. 4、判断一致测点组B的个数，若个数为1，则记录最大一致测点组;否 贝1J，计算B内测点\的均值，记录均值最小的一致测点组为最大一致测点组； 步骤B1. 5、更新m = m -1 ,重复步骤B1. 2?步骤B1. 4,直到获取最大一致测点组A。
6. 根据权利要求3所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述步骤B中获取衡量故障危害程度的在线动态报警阈值具体包括以下步骤： 步骤B2. 1、根据所测监测阵列内最大一致测点组内所有测点的冲击峰值#_!Τ ,计算 的均值μ和标准差0 ; 步骤Β2. 2、根据均值μ和标准差σ标定故障报警阈值Β; 步骤Β2. 3、根据所测监测阵列内故障测点的冲击峰值和实际故障诊断值 必-的比值,?，校正5 = %。
7. 根据权利要求6所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述故障报警阈值B包括预报警阈值B0、一级报警阈值B1及二级报警阈值B2,所 述步骤B2. 2采用3σ、4σ及5σ原理标定故障报警阈值，其中，预报警阈值为別=# +3σ , 一级报警阈值別=二级报警阈值52 = ρ + 5σ ;所述步骤Β2. 3校正50、51及52 时，50 = ，51 = %，52 = 。
8. 根据权利要求7所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障监测方法，其特 征在于，所述步骤B中根据动态报警阈值生成故障监测信息包括以下步骤： 步骤B3. 1、判断所述故障诊断值必是否大于二级报警阈值52 ,若是则生成所述 测点故障的二级报警监测信息，否则进入下一步骤； 步骤B3. 2、判断所述故障诊断值必_￡1是否大于一级报警阈值Μ ,若是则生成所述 测点故障的一级报警监测信息，否则进入下一步骤； 步骤B3. 3、判断所述故障诊断值必是否大于预报警阈值50 ,若是则生成所述测 点故障的预报警监测信息，否则生成所述测点正常工作的监测信息。
9. 根据权利要求1?8中任意一项所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故障 监测方法，其特征在于，所述故障检测装置还包括诊断分析单元、转速传感器、转速信号处 理器及η组信号处理单元组，每组信号处理单元组包括一个共振解调变换器及一个与共振 解调变换器连接的AD变换器，AD变换器与诊断分析单元连接，转速传感器与转速信号处理 器连接，转速信号处理器与AD变换器连接，每组振动冲击传感器组中的η个振动冲击传感 器与η个共振解调变换器一一对应连接；其中，监测阵列内η个测点对应的η个振动冲击传 感器监测对应测点的η个冲击信号，并将信号并列、同步输送到对应匹配的η个共振解调变 换器，共振解调变换器输出的η个共振解调信号并列送到η个对应的AD变换器，再送至诊 断分析单元，在转速处理器输出转速信号时，获取转速同步采集的η个测点冲击数据样本， 进而在诊断分析单元内生成监测阵列的数据样本。
10. 根据权利要求1?8中任意一项所述的基于动态报警阈值的转向架旋转部件的故 障监测方法，其特征在于，所述转向架上监测阵列的数量为三个，三个监测阵列分别为轴箱 位监测阵列、电机位监测阵列及抱轴位监测阵列，其中，轴箱位监测阵列配备的振动冲击传 感器用于监测转向架上所有轴的轴箱轴承处的故障冲击，电机位监测阵列配备的振动冲击 传感器用于监测转向架上所有电机轴承处的故障，抱轴位监测阵列配备的振动冲击传感器 用于监测转向架上所有抱轴轴承的故障冲击。
【文档编号】G01M17/08GK104297003SQ201410635557
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】何鸿云, 杜红梅, 崔健, 李夫忠 申请人:成都运达科技股份有限公司