一种融合多传感器的转向架故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交通运输领域，具体设及一种融合多传感器的转向架故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 随着高速、重载铁路W及城市轨道交通的快速发展，车辆转向架疲劳伤损现象愈 发严重，如车轮多边形、车轮踏面擦伤、转向架各轴承故障W及裂纹等。车辆转向架作为车 辆的两条腿，起着支撑和导向的作用，其运行状况将直接影响行车的平稳性、稳定性W及安 全性。若能通过某种技术手段对故障实时监测和诊断，对提高行车安全具有重要意义。
[0003] 若干公司研发的6A系统走行部监测子系统，通过在故障易发位置：如轴箱轴承、 抱轴箱轴承、电机轴承W及齿轮箱，加装振动冲击传感器，某故障易发位置的传感器负责该 测点位置处的故障监测和诊断，在转向架故障监测和诊断方面卓见成效。
[0004] 如图1为机车轮对轴箱轴承测点示意图，左右两轴箱分别安装，传感器1和传感 器2,传感器1负责左侧轴箱故障检测，传感器2负责右侧轴箱故障检测。 阳〇化]但是，上述方法依然存在W下几个缺陷：
[0006] 一、由于轮轨冲击、电磁干扰、加工工艺、内部缺陷等原因，传感器总会发生不同程 度故障，将导致其监测位置处数据丢失，失去实时监测的有效性，对转瞬即逝的故障造成极 大的漏诊几率。
[0007] 二、测点振动冲击信号可能由其他位置（非传感器加装位置）故障引起，当冲击频 率与测点故障特征频率重合时将引起误诊。
[0008]Ξ、受噪声干扰的影响，对故障初期微弱冲击很难识别，导致故障等级报警准确性 大大降低，增加误诊的几率。
[0009] 四、只能对具有故障特征频率的旋转部件（轴承、车轮等）进行监测和诊断，对转 向架裂纹等非旋转部件故障无技可施。
[0010] 因此，为提高转向架故障定位和等级报警的准确性、故障监测的冗余度，增加故障 检测类型，迫切需要发明一种的新的检测方法和分析技术。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种融合多传感器的转向架故障诊断方法，该故障诊断方 法可提高故障位置定位和等级报警精度W及传感器冗余度，并能实现对转向架非转动部件 故障的诊断。
[0012] 为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0013] 一种融合多传感器的转向架故障诊断方法，该方法包括：同步采集安装在转向架 的故障易发位置上的多个传感器的振动冲击信号；
[0014] 计算各传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振动冲击信号的相位差；
[0015] 根据所述相位差对故障位置进行定位；
[0016] 根据所述相位差，通过移相技术对各传感器的振动冲击信号移相，并进行信号融 合；
[0017] 计算融合信号的最大值，对故障进行定量诊断。
[0018] 作为一种具体的实施例，所述计算各传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振 动冲击信号的相位差包括：
[0019] 将各传感器的振动冲击信号进行预处理，得到信号fi(t);
[0020] 计算在第k个冲击时，传感器i的信号ω相对于传感器j的信号f,ω的相位 差Atij_k;
[oow 计算在采样时间t内，传感器i的信号fiW相对于传感器j的信号?·,ω的相位 差平均值，所述相位差平均值即为传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振动冲击信号 的相位差Atij，在采样时间t内共有Μ个冲击； 阳02引其中：i= 1，2,…为某一固定传感器；当1 =j时，Atij=0; 阳02引 当采样时间t一 + 时，Μ- +C-，采样时间越长，Δtij越精确。
[0024] 作为一种具体的实施例，在所述根据所述相位差对故障位置进行定位之前，还包 括：
[0025] 建立转向架仿真模型或进行实验，在转向架的η个故障易发位置中的若干个故障 易发位置施加编号为m的冲击载荷；
[0026] 在所述转向架上设有多个测点，所述多个测点的位置与安装在转向架上的多个 传感器的位置对应，计算测点i的冲击响应相对于某固定测点j的冲击响应的相位差 ATij(m);
[0027]其中：i=1,2,…j···,N;me[1,η]。
[0028] 作为一种具体的实施例，所述根据所述相位差对故障位置进行定位包括：
[0029] 计算相位差Ati,与仿真建模或实验得到的相位差ΔΤι,?的相对误差ε
[0030] 计算最小相对误差定位相对误差为最小相对误差时，仿真建模或 实验中施加冲击载荷m。所对应的故障易发位置发生故障。
[0031] 作为一种具体的实施例，所述根据所述相位差，通过移相技术对各传感器的振动 冲击信号移相为： 阳03引平移信号(t)，平移量为传感器i的信号(t)相对于传感器j的信号f, (t)在 采样时间t内的相位差平均值Ati,，平移得到信号;其中：i= 1，2,…
[0033] 进一步地，所述在第k个冲击时，传感器i的信号(t)相对于传感器j的信号 fj(t)的相位差Δtij_k的计算公式为：Δt1j_k=t
[0034] 其中：tmaxik为传感器i的信号f1 (t)在第k个冲击区域的最大值点；tmax」k传感器 j的信号f，(t)在第k个冲击区域的最大值点。
[0035] 进一步地，所述计算测点i的冲击响应相对于某固定测点j的冲击响应的相位差 ATi，(m)的计算公式为：ATi,(m)=tmax_i(m)-tmax」W;
[0036] 其中：tm。^W和tm。。w分另if为转向架上测点i和测点j处对编号m载荷的冲击响 应的最大值点。
[0037] 作为一种具体的实施例，所述故障易发位置包括电机轴承、抱轴轴承、轮对轴承、 齿轮箱、横梁与纵梁交接点、小纵梁与横梁交接点、电机悬挂点或齿轮箱悬挂点。
[0038] 进一步地，每个故障易发位置至少设置一个传感器。
[0039] 本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
[0040] 本发明的融合多传感器的转向架故障诊断方法，通过各测点振动冲击信号的相位 差对故障进行位置定位，也即通过各测点振动冲击信号的相关性对故障进行位置定位，运 种传感器之间的相关性能提高传感器的冗余度，避免因某传感器故障而数据丢失，有效避 免漏诊。
[0041] 进一步地，本发明保证转向架故障易发位置至少一个传感器，中，故障易发位置包 括旋转部件和非旋转部件，增加了故障检测类型。
[0042] 进一步第，本发明根据相位差将各传感器信号平移融合，通过融合信号的最大值 对故障进行等级报警，等级报警灵敏度得到提高，能有效避免初期故障引起的微弱冲击的 漏检，能提高故障等级报警精度，有效避免漏报和误报。
【附图说明】
[0043] 图1是机车轮对轴箱轴承测点示意图。
[0044]图2是本发明融合多传感器的转向架故障诊断方法的流程框图。
[0045] 图3是本发明的一种实施例的振动冲击传感器安装位置示意图。
[0046] 图4是传感器13相对于传感器1的相位差图。
[0047] 图5是仿真模型中的测点13和测点1的冲击响应处理后示意图。
[0048] 图6是传感器13相对传感器1移相结果图。
[0049] 图7是本发明得到的融合信号图。
【具体实施方式】
[0050] 为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，W下将结合附图对本发明的构思、具 体结构及产生的技术效果作进一步说明。
[0051] 如图2所示，本发明一种融合多传感器的转向架故障诊断方法，该方法包括W下 步骤：
[0052] (101):同步采集安装在转向架的故障易发位置上的多个传感器的振动冲击信号。
[0053] 其中，所述故障易发位置包括旋转部件和非旋转部件。所述旋转部件包括电机轴 承、抱轴轴承、轮对轴承、齿轮箱等；所述非旋转部件包括横梁与纵梁交接点、小纵梁与横梁 交接点、电机悬挂点、齿轮箱悬挂点等。具体如下表1可知。
[0054] 表1:转向架易发故障位置及故障类型 阳化引
[0056] 其中，传感器的个数N取决于车辆转向架结构，但保证转向架故障易发位置至少 一个传感器。所述传感器为振动冲击传感器，利用传感器内部共振特性对转向架故障信号 进行采集和处理。
[0057] (102):计算各传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振动冲击信号的相位差。
[0058] 其中，计算各传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振动冲击信号的相位差的 方法包括：
[0059] 将各传感器的振动冲击信号进行预处理，得到信号(t); W60] 计算在第k个冲击时，传感器i的信号(t)相对于传感器j的信号f, (t)的相位 差Atij_k; 阳06U 其中，相位差Δtij_k的计算公式为：Δtij_k=tmaxik-tmaxjk;
[00创其中：tmaxik为传感器i的信号f1 (t)在第k个冲击区域的最大值点；tmax」k传感器j的信号f，(t)在第k个冲击区域的最大值点。
[0063] 计算在采样时间t内，传感器i的信号(t)相对于传感器j的信号f, (t)的相位 差平均值，所述相位差平均值即为传感器的振动冲击信号相对某一传感器的振动冲击信号 的相位差Atij，在采样时间t内共有Μ个冲击；
[0064] 其中：i= 1，2,…j"，，N;j为某一固定传感器；当i=j时，Ati.j= 0 ; W65] 当采样时间t一 + 时，Μ- +c-，采样时间越长，Δtij越精确。
[0066] (103):根据所述相位差对故障位置进行定位。
[0067] 其中，在步骤103之前，还包括W下步骤：