机车齿轮故障检测方法、装置及服务器

本发明涉及机车齿轮故障诊断的，尤其是涉及一种机车齿轮故障检测方法、装置及服务器。

背景技术：

1、齿轮是机车传动系统的关键部件，其健康状态对机车的运行品质和运行安全具有直接影响。因此，需要定期对机车齿轮的健康状态进行有效检测。目前，相关技术提出，可以对齿轮箱箱体的振动信号进行时频分析得到时频分布，并通过最大值搜索算法、快速路径优化算法、脊线路径重组算法等时频脊线提取方法，从时频分布中提取出实时转频，进而转换为实时转速，但上述时频脊线提取方法的测量精度较低，并且在脊线出现间断时的分析适应能力较差，进而影响齿轮转速的测量结果，最终导致齿轮故障的检测精度下降。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机车齿轮故障检测方法、装置及服务器，可以显著增强时频脊线的提取能力，进而提升齿轮故障检测的精确度。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种机车齿轮故障检测方法，方法包括：获取机车齿轮振动信号的原始时频分布和齿轮传动比关系；对原始时频分布进行中值滤波和均值滤波处理，得到原始时频分布的时频分布矩阵中各个时刻的噪声估计值，并通过阈值检测器对噪声估计值进行阈值检测，确定各个时刻的真实信号成分判别阈值；基于噪声估计值和真实信号成分判别阈值，通过最大值搜索模型，确定第一时频脊线，并根据第一时频脊线建立动态寻优惩罚函数；利用动态寻优惩罚函数确定第二时频脊线，其中，第二时频脊线包括：间断时频脊线和第一连续时频脊线；将端点加速度值匹配的间断时频脊线，通过线性插值拟合进行连接处理，确定修复后的第二连续时频脊线，并利用第一连续时频脊线和第二连续时频脊线确定目标时频脊线；利用目标时频脊线和齿轮传动比关系，确定机车齿轮故障检测结果。

3、在一种实施方式中，噪声估计值包括：第一噪声估计值和第二噪声估计值，对原始时频分布进行中值滤波和均值滤波处理，得到原始时频分布的时频分布矩阵中各个时刻的噪声估计值，并通过阈值检测器对噪声估计值进行阈值检测，确定各个时刻的真实信号成分判别阈值的步骤，包括：对原始时频分布进行中值滤波处理，得到第一噪声估计值；通过阈值检测器，基于第一噪声估计值，确定各个时刻的噪声判别阈值；利用噪声判别阈值和第一噪声估计值，将时频分布矩阵中由真实信号成分产生的局部极大值点去除，确定剩余信号时频分布；对剩余信号时频分布进行均值滤波处理，得到第二噪声估计值；通过阈值检测器对第二噪声估计值进行阈值检测，确定各个时刻的真实信号成分判别阈值。

4、在一种实施方式中，基于噪声估计值和真实信号成分判别阈值，通过最大值搜索模型，确定第一时频脊线，并根据第一时频脊线建立动态寻优惩罚函数的步骤，包括：利用第二噪声估计值和真实信号成分判别阈值，对原始时频分布的局部极大值点进行筛选处理，从而确定由真实信号产生的局部极大值点时频分布；通过最大值搜索模型从局部极大值点时频分布的幅值中提取第一时频脊线，并根据第一时频脊线建立动态寻优惩罚函数。

5、在一种实施方式中，利用动态寻优惩罚函数确定第二时频脊线的步骤，包括：针对动态寻优惩罚函数，从原始时频分布的起始时刻至结束时刻迭代计算各点的惩罚函数值，确定各候选局部极大值点的惩罚函数集合；将各候选局部极大值点的惩罚函数集合求和后计算最大值，确定惩罚函数求和矩阵，并确定惩罚函数求和矩阵对应的频率跳变矩阵；通过惩罚函数求和矩阵和频率跳变矩阵提取第二时频脊线。

6、在一种实施方式中，通过惩罚函数求和矩阵和频率跳变矩阵提取第二时频脊线的步骤，包括：将惩罚函数求和矩阵中末端时刻的最大值点，确定为起始计算点，并从起始计算点的对应时刻，沿时间减小方向对频率跳变矩阵进行迭代计算，确定各时刻的最优频率跳变；通过预设时频脊线提取模型，基于各时刻的最优频率跳变，确定脊线连接状态，并对时频脊线进行循环遍历提取，确定全部的第二时频脊线，其中，在任一次循环遍历过程中，当脊线连接状态为间断时停止时频脊线提取，生成一段间断时频脊线，并在删除间断时频脊线对应的局部极大值点后，进行下一轮时频脊线的提取。

7、在一种实施方式中，确定脊线连接状态的步骤，包括：当任一时刻的最优频率跳变大于预设频率跳变阈值时，确定脊线连接状态为间断。

8、在一种实施方式中，利用目标时频脊线和齿轮传动比关系，确定机车齿轮故障检测结果的步骤，包括：利用目标时频脊线和齿轮传动比关系，确定机车齿轮箱中转轴的转频信息；通过转频信息对原始时频分布进行阶次跟踪处理，确定角域信号以及角域信号对应的角域阶次谱；若角域阶次谱中，机车齿轮的啮合阶次处存在与机车齿轮的旋转阶次对应的边频带信息，则确定机车齿轮存在故障。

9、第二方面，本发明实施例还提供一种机车齿轮故障检测装置，装置包括：数据获取模块，获取机车齿轮振动信号的原始时频分布和齿轮传动比关系；滤波处理模块，对原始时频分布进行中值滤波和均值滤波处理，得到原始时频分布的时频分布矩阵中各个时刻的噪声估计值，并通过阈值检测器对噪声估计值进行阈值检测，确定各个时刻的真实信号成分判别阈值；函数建立模块，基于噪声估计值和真实信号成分判别阈值，通过最大值搜索模型，确定第一时频脊线，并根据第一时频脊线建立动态寻优惩罚函数；数据分析模块，利用动态寻优惩罚函数确定第二时频脊线，其中，第二时频脊线包括：间断时频脊线和第一连续时频脊线；目标时频曲线确认模块，将端点加速度值匹配的间断时频脊线，通过线性插值拟合进行连接处理，确定修复后的第二连续时频脊线，并利用第一连续时频脊线和第二连续时频脊线确定目标时频脊线；故障检测模块，利用目标时频脊线和齿轮传动比关系，确定机车齿轮故障检测结果。

10、第三方面，本发明实施例还提供一种服务器，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项的方法。

11、第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项的方法。

12、本发明实施例带来了以下有益效果：

13、本发明实施例提供的一种机车齿轮故障检测方法、装置及服务器，获取机车齿轮振动信号的原始时频分布和齿轮传动比关系，对原始时频分布进行中值滤波和均值滤波处理，得到原始时频分布矩阵中各个时刻的噪声估计值，并通过阈值检测器对噪声估计值进行阈值检测，确定各个时刻的真实信号成分判别阈值，基于噪声估计值和真实信号成分判别阈值，对原始时频分布的局部极大值点进行筛选处理，再通过最大值搜索模型，确定第一时频脊线，并根据第一时频脊线建立动态寻优惩罚函数，在确定第一时频脊线后，利用动态寻优惩罚函数确定第二时频脊线，其中，第二时频脊线包括：间断时频脊线和第一连续时频脊线；将端点加速度值匹配的间断时频脊线，通过线性插值拟合进行连接处理，确定修复后的第二连续时频脊线，并利用第一连续时频脊线和第二连续时频脊线确定目标时频脊线，并利用目标时频脊线和齿轮传动比关系，确定机车齿轮故障检测结果。本发明实施例可以显著增强时频脊线的提取能力，进而提升齿轮故障检测的精确度。

14、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

15、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。