【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种船舶动力系统的吊舱推进器轴承，尤其是一种吊舱推进器轴承健康监测装置及方法。
技术介绍
1、吊舱推进器是一种新型的特种推进器，属于船舶电力推进领域的高新技术，在推进装置的设计上采用了吊舱式的结构形式，突破了“柴油机加开放式传动轴系”的推进器设计定式，为电力推进带来了变革。采用吊舱式电力推进，减少了燃油排放带来的水资源污染问题。吊舱推进器是将推进电机与螺旋桨的组合安装在一个吊柱壳体里，并将此组件(推进电机、吊柱壳体、螺旋桨)用一个旋转基座“悬吊”在船尾，而船体只需要提供推进电机所需要的电力即可。通过吊舱推进器360°回转，可改变船舶的行进方向。
2、吊舱推进器滚动轴承作为推进电机的关键旋转部件之一，推进电机周围温度高、润滑介质存在一定的铁屑等，滚动轴承的工作环境恶劣、复杂，极易发生各类故障，导致推进电机异常，甚至引起重大安全事故，造成严重人员伤亡及经济损失。为避免滚动轴承发生损坏，目前国内外通过在滚动轴承处安装振动传感器、温度传感器、液位传感器等方式，对传感器采集到的数据进行经验评估。该经验评估方法一般存在以下问题：
3、1、吊舱推进器运行过程传感器采集到的数据量较大，需要较大的存储空间才能满足。同时，对采集到的传感器信号不能进行很好的评估。
4、2、吊舱推进器滚动轴承服役工况复杂，运行过程中产生的数据量较大，且数据之间的关系复杂。传统的数据处理方法往往难以有效提取有用的信息，导致监测结果不准确。
5、3、传统的吊舱推进器轴承监测系统往往无法实现实时监测和预警。当轴承
6、本专利技术为吊舱推进器轴承健康监测方法及装置，该装置可有效解决现有吊舱推进器滚动轴承服役状态监测问题。通过获取待监测滚动轴承的原始振动信号；采用压缩感知对原始振动信号进行稀疏化，减少本地存储的空间；将压缩后的数据进行还原，采用时频域分析方法将振动数据进行指标分解，最后采用密度聚类算法将指标进行分类，得到滚动轴承故障诊断结果。该装置包括了吊舱推进器整机试验台架、滚动轴承处的振动加速度传感器、本地端的数据采集卡、电源适配器、处理器和存储器。
技术实现思路
1、本专利技术的目的提出一种吊舱推进器轴承健康监测装置及方法，通过克服现有的吊舱推进器滚动轴承监测中存在的不足，可以准确判断滚动轴承的健康状态和服役寿命，推进智能运维体系发展，避免定期检修导致的大量资源浪费。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种吊舱推进器轴承健康监测装置，包括整机试验台架、驱动系统、滚动轴承、振动传感器、加速度计采集卡、数据终端存储卡、pc端计算机、电源适配器，驱动系统驱动连接整机试验台架和滚动轴承，由驱动系统驱动整机试验台架及滚动轴承工作，多个振动传感器设置在滚动轴承的轴承座上，振动传感器通过加速度计采集卡、数据终端存储卡连接pc端计算机。
3、进一步，当驱动系统给定不同的运转速度后，整机试验台架即有不同的运行工况，滚动轴承随整机试验台架一同工作。
4、进一步，当整机试验台架运转时，振动传感器获得滚动轴承的运转信号，进行信号感知与传递；加速度计采集卡、数据终端存储卡与pc端计算机通过电源适配器进行连接；加速度计采集卡随着滚动轴承的运转，同步采集数据；数据终端存储卡进行数据存储。
5、进一步，当驱动系统驱动整机试验台架时，数据终端存储卡根据pc端计算机中压缩感知算法程序，对来自加速度计采集卡的数据进行压缩并存储，并对来自数据终端存储卡压缩后的数据进行还原。
6、一种吊舱推进器轴承健康监测方法，包括：获取待监测滚动轴承的原始振动信号；将采集到的滚动轴承原始振动数据进行压缩，得到稀疏化的振动数据；利用压缩感知与稀疏重构原理，得到稀疏还原后的振动数据，对振动数据进行频域指标分解，采用密度聚类算法对指标进行分类，对待监测滚动轴承进行故障诊断，得到滚动轴承故障诊断结果。
7、进一步，压缩感知与稀疏重构方法：首先，选取正交匹配追踪算法，进行还原压缩数据，然后，选用时频域分析方法，选取能够反映吊舱推进器有滚动轴承原始振动信号总体状态的波形指标、脉冲指标、峭度指标、裕度指标、峰-峰值五个特征征兆指标，将还原后的滚动轴承振动信号进行指标分解；再选用密度聚类算法，通过该算法实现将特征征兆指标分为不同的类别，基于前述的五个特征征兆指标，进行吊舱推进器的滚动轴承故障诊断分析，得到滚动轴承外圈剥落、滚动体剥落、保持架剥落以及轴承内圈剥落四类故障类别，故障类别能分离性反映不同的类在特征空间中的分布情况，并刻画出各特征分量在分类识别中的重要性，通过特征形成、特征提取、特征选择和故障模式识别，辨识出不同的吊舱推进器的滚动轴承故障，表征吊舱推进器的滚动轴承服役状态。
8、进一步，采用正交匹配追踪算法通过迭代计算最佳稀疏系数恢复原始信号的百分比，确定重构的振动信号，以重构振动信号作为数据输入，转换成滚动轴承振动信号特征征兆指标。对吊舱滚动轴承进行监测、诊断，可以及时发现故障随时间变化的趋势，选取能够反映吊舱的滚动轴承总体状态的波形指标、脉冲指标、峭度指标、裕度指标、峰-峰值五个特征征兆指标以及确定故障类型、原因。
9、进一步，采用密度聚类算法，若上述四个故障类别之间的距离较小，基本集中在一处，表明当前滚动轴承服役状态良好；当上述四个类别中其中一个与其余三个类别距离较大，表明当前滚动轴承出现了该类别对应的故障；当上述四个类别中其中几个与其余几个类别距离较大，表明当前滚动轴承出现这几个类别对应的故障；由此得到吊舱推进器的滚动轴承当前的服役状态。
10、本专利技术的有益效果主要体现为：
11、1、提高吊舱推进器滚动轴承的可靠性和运行效率。滚动轴承是吊舱推进器的关键部件，其服役状态直接影响吊舱推进器的运行。通过健康监测，可以及时发现轴承的潜在故障，确保吊舱推进器的持续稳定运行。
12、2、优化吊舱推进器滚动轴承的维护策略。基于轴承健康监测的结果，船厂可以制定合理的维护计划。通过这种方式可以避免过度维护和不足维护的情况，确保维护工作的有效性和经济性。
13、3、降低维护成本。传统的轴承维护方式往往依赖于经验判断和定期更换，这种方式不仅效率低下，而且成本高昂。通过轴承健康监测，可以实现对轴承状态的实时监测和分析，及时发现潜在故障并采取相应措施进行处理。这不仅可以减少因故障而导致的停机时间和维修成本，还可以延长轴承的使用寿命，将此整体维护成本。
14、4、提供数据支持。轴承健康监测过程中收集的大量数据可以为机械设备的运行和维护提供有力支持。这些数据可以用于分析吊舱推进器的滚动轴承的运行规律、故障模式以及维护效果等，为后续的设备管理和维护提供科学依据。
15、通过以上吊舱推进器轴承健康监测装置及方法的专利技术设计，可提高吊舱推进器的可靠性和运行效率、优化维护策略以及降低维护成本等，促进吊舱推进器的智能化发展。
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1.一种吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：包括整机试验台架、驱动系统、滚动轴承、振动传感器、加速度计采集卡、数据终端存储卡、PC端计算机、电源适配器，驱动系统驱动连接整机试验台架和滚动轴承，由驱动系统驱动整机试验台架及滚动轴承工作，多个振动传感器设置在滚动轴承的轴承座上，振动传感器通过加速度计采集卡、数据终端存储卡连接PC端计算机。
2.根据权利要求1所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当驱动系统给定不同的运转速度后，整机试验台架即有不同的运行工况，滚动轴承随整机试验台架一同工作。
3.根据权利要求1所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当整机试验台架运转时，振动传感器获得滚动轴承的运转信号，进行信号感知与传递；加速度计采集卡、数据终端存储卡与PC端计算机通过电源适配器进行连接；加速度计采集卡随着滚动轴承的运转，同步采集数据；数据终端存储卡进行数据存储。
4.根据权利要求3所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当驱动系统驱动整机试验台架时，数据终端存储卡根据PC端计算机中压缩感知算法程序，对来自加速度计采集卡的数
5.一种吊舱推进器轴承健康监测方法，采用权利要求1-4任一所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于，包括：获取待监测滚动轴承的原始振动信号；将采集到的滚动轴承原始振动数据进行压缩，得到稀疏化的振动数据；利用压缩感知与稀疏重构原理，得到稀疏还原后的振动数据，对振动数据进行频域指标分解，采用密度聚类算法对指标进行分类，对待监测滚动轴承进行故障诊断，得到滚动轴承故障诊断结果。
6.根据权利要求5所述的吊舱推进器轴承健康监测方法，其特征在于：压缩感知与稀疏重构方法：首先，选取正交匹配追踪算法，进行还原压缩数据，然后，选用时频域分析方法，选取能够反映吊舱推进器有滚动轴承原始振动信号总体状态的波形指标、脉冲指标、峭度指标、裕度指标、峰-峰值五个特征征兆指标，将还原后的滚动轴承振动信号进行指标分解；再选用密度聚类算法，通过该算法实现将特征征兆指标分为不同的类别，基于前述的五个特征征兆指标，进行吊舱推进器的滚动轴承故障诊断分析，得到滚动轴承外圈剥落、滚动体剥落、保持架剥落以及轴承内圈剥落四类故障类别，故障类别能分离性反映不同的类在特征空间中的分布情况，并刻画出各特征分量在分类识别中的重要性，通过特征形成、特征提取、特征选择和故障模式识别，辨识出不同的吊舱推进器的滚动轴承故障，表征吊舱推进器的滚动轴承服役状态。
7.根据权利要求6所述的吊舱推进器轴承健康监测方法，其特征在于：采用正交匹配追踪算法通过迭代计算最佳稀疏系数恢复原始信号的百分比，确定重构的振动信号，以重构振动信号作为数据输入，转换成滚动轴承振动信号特征征兆指标。对吊舱滚动轴承进行监测、诊断，可以及时发现故障随时间变化的趋势，选取能够反映吊舱的滚动轴承总体状态的波形指标、脉冲指标、峭度指标、裕度指标、峰-峰值五个特征征兆指标以及确定故障类型、原因。
8.根据权利要求6所述的吊舱推进器轴承健康监测方法，其特征在于：采用密度聚类算法，若上述四个故障类别之间的距离较小，基本集中在一处，表明当前滚动轴承服役状态良好；当上述四个类别中其中一个与其余三个类别距离较大，表明当前滚动轴承出现了该类别对应的故障；当上述四个类别中其中几个与其余几个类别距离较大，表明当前滚动轴承出现这几个类别对应的故障；由此得到吊舱推进器的滚动轴承当前的服役状态。
...【技术特征摘要】
1.一种吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：包括整机试验台架、驱动系统、滚动轴承、振动传感器、加速度计采集卡、数据终端存储卡、pc端计算机、电源适配器，驱动系统驱动连接整机试验台架和滚动轴承，由驱动系统驱动整机试验台架及滚动轴承工作，多个振动传感器设置在滚动轴承的轴承座上，振动传感器通过加速度计采集卡、数据终端存储卡连接pc端计算机。
2.根据权利要求1所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当驱动系统给定不同的运转速度后，整机试验台架即有不同的运行工况，滚动轴承随整机试验台架一同工作。
3.根据权利要求1所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当整机试验台架运转时，振动传感器获得滚动轴承的运转信号，进行信号感知与传递；加速度计采集卡、数据终端存储卡与pc端计算机通过电源适配器进行连接；加速度计采集卡随着滚动轴承的运转，同步采集数据；数据终端存储卡进行数据存储。
4.根据权利要求3所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于：当驱动系统驱动整机试验台架时，数据终端存储卡根据pc端计算机中压缩感知算法程序，对来自加速度计采集卡的数据进行压缩并存储，并对来自数据终端存储卡压缩后的数据进行还原。
5.一种吊舱推进器轴承健康监测方法，采用权利要求1-4任一所述的吊舱推进器轴承健康监测装置，其特征在于，包括：获取待监测滚动轴承的原始振动信号；将采集到的滚动轴承原始振动数据进行压缩，得到稀疏化的振动数据；利用压缩感知与稀疏重构原理，得到稀疏还原后的振动数据，对振动数据进行频域指标分解，采用密度聚类算法对指标进行分类，对待监测滚动轴承进行故障诊断，得到滚动轴承故障诊断结果。
6.根据权利要求5所述的吊舱推进器轴承健康监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：许汪歆，郑建，李京京，赵龙，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：发明
国别省市：
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