一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法技术

一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法，实现在车轮运行中对密集剥离麻面故障的冲击监测、报警、提请适时维修，及时防止密集剥离麻面故障继续扩展，不仅防止了车轮因此导致的事故，也通过及时消除损伤、防止快速扩展而延长车轮的使用寿命，并防止了对相邻部件的危害。

【技术实现步骤摘要】
一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法
本专利技术属于轨道交通车辆故障诊断、安全保护与可靠性设计
，涉及一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法。
技术介绍
随着我国机车车辆向高速化、重载化方向的发展，剥离现象已成为车轮踏面故障的主要形式之一。经典的故障通常发生在车轮踏面的局部，然而，由于设计时对其它方面的权衡(如降低对钢轨的损伤)以及材料缺陷和设计缺陷，踏面故障的表现形式也变得复杂起来，不再局限于发生在踏面局部，密集剥离甚至整圈剥离、麻面故障大量出现。经典的踏面故障，踏面总是首先出现一处缺陷故障点，在车轮运转过程中踏面每转动一圈只与钢轨产生一次冲击。假如转速跟踪采样技术设定车轮每转动一圈采集400个采样点，则时域、频域呈现出的故障特征为：时域每隔400个点产生一次冲击，频域的踏面各阶幅值逐阶递减，如附图1所示。然而对于踏面密集剥离麻面故障，在车轮运转过程中每个剥离点均会激发出冲击信号，其冲击强度及相位与剥离点的大小和位置相关。因此，在踏面转动一圈的400个采样点中存在大量冲击脉冲，时域的周期性远不及经典故障明显，频域上故障高阶也是无规律分布，其最高谱线的分布与几个大剥离点的相对位置有关，如附图2所示。这使得踏面故障的在线监测面临新的挑战。在在线故障监测领域，我国的基于广义共振/共振解调故障诊断技术居于国际前列。踏面在线自动化诊断报警过程中，通常的做法是在识别出车轮踏面出现故障后，通过共振解调谱低频段的某些故障特征谱计算出冲击强度，并换算出故障级差，即诊断dB值。因此在面对经典的踏面局部剥离、擦伤等故障时，应用效果较好，也得到了应用方的肯定。但在面对整圈缺陷故障时，则往往出现漏诊。目前对于踏面的整圈缺陷故障，主要依靠人工目测检查，还没有一种成熟的、有效的在线技术实现工程化应用。因此，迫切需要提供一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法。本专利技术基于现有的应用广义共振/共振解调技术的轴承故障检测装置，检测机车车辆运转过程中所输出的包含踏面故障冲击的信息，并通过转速跟踪采样技术获取包含踏面故障冲击信息的样本，针对踏面进行是否存在密集剥离麻面故障的深层次诊断。频谱分析理论指出：1、如果踏面只存在一个缺陷故障点，则在机车运行过程中踏面每转动一圈只与钢轨产生一次冲击。例如转速跟踪采样技术设定车轮每转动一圈采集400个采样点，则时域、频域呈现出的故障特征为：时域每隔400个点产生一次冲击，频域的踏面各阶频谱的幅值逐阶递减；2、如果踏面存在两个缺陷故障点，则在机车运行过程中踏面每转动一圈会与钢轨产生两次冲击。即转速跟踪捡测的时域数据每400个采样点会存在两个冲击脉冲，而频域的踏面各阶幅值则呈现无规则递减现象，幅度最高的谱与两次冲击的相位有关。若两次冲击相位相差180度，则2阶谱幅值最高。若两次冲击相位相差120度，则3阶谱幅值最高；3、如果踏面存在K个缺陷故障点(即整圈密集剥离、麻面或裂纹等内部缺陷)，则踏面每转动一圈会与钢轨产生K次冲击。即时域数据每400个采样点会存在K个冲击脉冲，此时频域的踏面高阶较多，但分布不规则，其分布规律与各剥离点产生的冲击相位密切相关。此外，通过已有案例的共振解调监测数据同样可以发现：踏面密集剥离故障的高阶均呈现出不规则分布的现象，这与经典的、踏面首先出现单个故障的监测数据存在明显差异。因此，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法，使用检测故障冲击的传感器和与之连接的相应检测仪器，利用广义共振/共振解调方法和转速跟踪检测方法检测车轮踏面的故障冲击信号，并在踏面的每一个转动周期对信号进行I次均匀采样，为了能够较为精确地测量踏面冲击沿圆周的分布状况，I的取值范围为大于或等于100的整数，例如I＝200或400，获得故障冲击信号样本S0(i)；其样本长度i为任意长度，例如2K，但为了能对踏面多个整周的数值进行均衡考察，故障冲击信号样本所包含的踏面转动周期数大于或等于5；则识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法按下述步骤：步骤1，截取故障冲击信号样本S0(i)中包含N个踏面周期的数据，得到冲击信号S(i)，整数N的取值为INT(S0(i)样本的长度/I)，式中INT为四舍五入函数；车轮每转一周的检测点数I的取值范围为大于或等于100的整数；N的取值范围为大于或等于5的整数；步骤2，对冲击信号S(i)进行傅里叶变换得到频谱F(i)，根据故障冲击共振解调频谱的多阶性原则，搜索F(i)中踏面特征谱(即第N号谱线)的所有高阶谱，得到踏面所有满足判据的高阶谱的阶次之整数序列：X＝1，2，3……；其确认为高阶谱号的方法为：a)判定X序列中的谱线满足峰值要求：F(N*X-1)＝<F(N*X)>＝F(N*X+1)；b)判定X序列中的满足离散性要求：F(N*X)在左右4根范围内谱线幅值的均值小于F(N*X)幅值的60％；c)如果同时满足条件a)和b)，则判定第N*X号谱线为踏面的第X阶谱。其中X为整数，取值范围为1至I/2的整数。例如冲击信号S(i)包括的N个踏面周期的数N＝10，车轮每转一周的检测点数I＝400，则F(i)中第10号谱线(i＝10)为踏面特征谱的踏面特征谱号，第20、30、40、……、2000号谱线均为踏面特征谱的第2、3、4、……200阶谱号，如果仅第10、20、40号谱线既是峰值又满足离散性要求，则踏面故障的高阶谱仅为1、2、4阶谱，即X序列为1、2、4。步骤3，如果在小于INT(0.6*I/4)的范围内，X序列中的数据个数大于INT(0.2*I/4)，且X序列在自然数领域不连续，则说明踏面高阶谱丰富且分布不规则，诊断为踏面密集剥离麻面故障，并执行步骤4，否则退出；步骤4，对F(i)进行保留踏面高阶谱的滤波，即：保留踏面的X序列中的所有各阶谱，通过逆傅里叶变换实现所述滤波；对滤波所获波形测量、计算出踏面密集剥离麻面故障的冲击强度，根据相应检测仪器上的配套软件计算踏面故障级差dB值，并判定报警级别。预警标准为54dB，一级报警标准为60dB，二级报警标准为66dB。为进一步指导维修，根据报警级别可在相应检测仪器的配套软件中以“整圈X级”的方式予以提醒，例如报警级别为二级的车轮密集剥离麻面故障，提示为“整圈二级”。所述测量、计算出踏面密集剥离麻面故障的冲击强度的方法是：取滤波所获波形的最大值。所述相应检测仪器为现有装置(如北京唐智科技发展有限公司生产的机车走行部车载监测装置,机车走行部车载监测装置上的配套软件为已有软件)。上述诊断车轮密集剥离麻面故障的流程如附图3所示。所述转速跟踪检测方法为现有技术，具体可参见专利《变速机械故障诊断的转速跟踪采样及谱号固化分析方法》(CN201010169783.8)。采用本专利技术的上述技术方案所产生的有益效果在于：基于现有的应用广义共振/共振解调技术的轴承故障检测装置检测车轮踏面所输出的包含踏面故障冲击的信息，和通过转速跟踪采样技术获取的包含踏面故障冲击信息的样本，通过本专利技术描述的方法，可以达到防止引发事故的目的，又能缩小人工检查的范围、减少人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法，使用检测故障冲击的传感器和与之连接的相应检测仪器，利用广义共振/共振解调方法和转速跟踪检测方法检测车轮踏面的故障冲击信号，并在踏面的每一个转动周期对信号进行I次均匀采样，获得故障冲击信号样本S0(i)，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，截取故障冲击信号样本S0(i)中包含N个踏面周期的数据，得到冲击信号S(i)，整数N的取值为INT(S0(i)样本的长度/I)，式中INT为四舍五入函数；车轮每转一周的检测点数I的取值范围为大于或等于100的整数；N的取值范围为大于或等于5的整数；步骤2，对冲击信号S(i)进行傅里叶变换得到频谱F(i)，搜索F(i)中第N号谱线的所有高阶谱，得到踏面所有满足判据的高阶谱的阶次之整数序列：X＝1，2，3……；步骤3，如果在小于INT(0.6*I/4)的范围内，X序列中的数据个数大于INT(0.2*I/4)，且X序列在自然数领域不连续，则诊断为踏面密集剥离麻面故障，并执行步骤4，否则退出；步骤4，对F(i)进行保留踏面高阶谱的滤波，即：保留踏面的X序列中的所有各阶谱，通过逆傅里叶变换实现所述滤波；对滤波所获波形测量、计算出踏面密集剥离麻面故障的冲击强度，根据相应检测仪器上的配套软件计算踏面故障级差dB值，并判定报警级别。...

【技术特征摘要】
1.一种识别车轮密集剥离麻面故障的自动化诊断方法，使用检测故障冲击的传感器和与之连接的相应检测仪器，利用广义共振/共振解调方法和转速跟踪检测方法检测车轮踏面的故障冲击信号，并在踏面的每一个转动周期对信号进行I次均匀采样，获得故障冲击信号样本S0(i)，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，截取故障冲击信号样本S0(i)中包含N个踏面周期的数据，得到冲击信号S(i)，整数N的取值为INT(S0(i)样本的长度/I)，式中INT为四舍五入函数；车轮每转一周的检测点数I的取值范围为大于或等于100的整数；N的取值范围为大于或等于5的整数；步骤2，对冲击信号S(i)进行傅里叶变换得到频谱F(i)，搜索F(i)中第N号谱线的所有高阶谱，得到踏面所有满足判据的高阶谱的阶次之整数序列：X＝1，2，3……；步骤3，如果在小于INT(0.6*I/4)的范围内，X序列中的数据个数大于INT(0.2*I/4)，且X序列在自然数领域不连续，则诊断为踏面密集剥离麻面故障，并执行步骤4，否则退出；步骤4，对F(i)进行保...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智，唐德尧，
申请(专利权)人：北京唐智科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11