一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其針對(duì)滾筒體故障和軸承組件故障采用特征頻率分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行故障診斷。首先利用振動(dòng)傳感器采集滾筒組件不同故障狀況下的振動(dòng)信號(hào)，再用EMD閾值方法對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，提取降噪信號(hào)的頻域參量進(jìn)行故障特征頻率分析以判斷軸承組件健康狀況，另外提取時(shí)域參數(shù)構(gòu)成特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸入?yún)⒘?，由神?jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)利用訓(xùn)練樣本進(jìn)行仿真訓(xùn)練，得到一套規(guī)則形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷機(jī)制，并根據(jù)診斷機(jī)制，基于提取的特征向量進(jìn)行滾筒體故障診斷。所述方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)滾筒組件故障的診斷，有效提高滾筒組件故障診斷的效率。
【專利說明】
一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及帶式輸送機(jī)故障診斷領(lǐng)域，具體是一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動(dòng)以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械。主要由機(jī)架、輸送帶、托 輥、滾筒、張緊裝置、傳動(dòng)裝置等組成。滾筒是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力節(jié)點(diǎn)，其安全性與可靠性直 接關(guān)系到整個(gè)輸送系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。它主要包含軸、筒體、輪轂、輻板、脹套、軸承組 件等結(jié)構(gòu)。在帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，滾筒體及其軸承組件故障時(shí)有產(chǎn)生，這對(duì)輸送系統(tǒng) 的安全運(yùn)行產(chǎn)生了重大威脅。
[0003] 帶式輸送機(jī)滾筒組件的故障形式主要包括輻板和筒殼連接處出現(xiàn)裂紋，長(zhǎng)期作用 下滾筒體、輻板被壓裂破壞，滾筒中出現(xiàn)凹陷等局部變形過大，脹套連接螺栓變形過大甚至 被剪斷，軸承組件的內(nèi)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)體故障。而滾筒所在工作環(huán)境較為復(fù)雜，使用超聲，激光等 非接觸式診斷方法效果甚微;并且高速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾筒故障特征信息難以有效采集，使?jié)L筒故 障的早期診斷更加困難。目前，國(guó)內(nèi)尚未對(duì)滾筒組件故障診斷進(jìn)行有效研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)對(duì)于滾筒組件故障診斷的空白，提供了一種滾筒 組件故障診斷方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)滾筒組件故障的早期診斷。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以解決：
[0006] -種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，包括如下步驟：
[0007] 第一步:利用振動(dòng)傳感器采集滾筒故障的故障振動(dòng)信號(hào)，故障類型設(shè)置包含輻板 與筒殼連接處裂紋故障，輻板裂紋故障，滾筒體筒面受壓變形故障，脹套連接螺栓剪斷故障 以及軸承組件內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障；
[0008] 第二步:采用EMD閾值處理對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行降噪；
[0009] 第三步：將降噪后的故障信號(hào)導(dǎo)入matlab，計(jì)算得到故障振動(dòng)信號(hào)的方差、方均 根、偏度、峭度、波峰因子以及頻率參數(shù)，將方差、方均根、偏度、峭度、波峰因子這五個(gè)時(shí)域 特征參數(shù)組成特征向量，并將提取的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的輸入?yún)⒘浚?br>[0010] 第四步:根據(jù)軸承組件的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算得到內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障特征頻率，另一方 面神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用訓(xùn)練樣本進(jìn)行仿真訓(xùn)練，完成對(duì)滾筒體故障識(shí)別模型的建立，得到一 套規(guī)則形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷機(jī)制；
[0011] 第五步:根據(jù)第三步中得到的振動(dòng)信號(hào)的頻率是否含有第四步中的故障特征頻率 信息來判斷軸承組件是否有故障以及故障類型，另一方面神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)根據(jù)診斷機(jī) 制，基于提取的特征向量識(shí)別滾筒體是否存在故障，故障出現(xiàn)的位置，以及損傷的程度。
[0012] 由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，本發(fā)明具有以下效果：
[0013] 本發(fā)明的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，利用振動(dòng)傳感器采集預(yù)設(shè)各種 類型故障滾筒的振動(dòng)信號(hào)，采用EMD閾值降噪提高信噪比，利用故障特征頻率方法和神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)專家系統(tǒng)方法進(jìn)行綜合診斷，得到結(jié)果；
[0014] 本發(fā)明的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒組件故障進(jìn) 行診斷，不僅解決了工作人員依靠經(jīng)驗(yàn)判斷故障所帶來的困難，而且提高了故障診斷的效 率。
【附圖說明】
[0015] 圖1為故障診斷方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段，請(qǐng)參閱以下本發(fā)明 的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。
[0017]如圖1所示，為一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法的流程圖，包含信號(hào)的采 集，降噪處理，特征參量的提取，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷等。
[0018] 第一步:利用振動(dòng)傳感器采集故障滾筒組件的振動(dòng)信號(hào)，故障類型設(shè)置包含輻板 與筒殼連接處裂紋故障，輻板裂紋故障，滾筒體筒面受壓變形故障，脹套連接螺栓剪斷故障 以及軸承組件內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障；
[0019] 第二步:采用EMD閾值處理對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行降噪；
[0020] EMD將信號(hào)分解成一系列不同時(shí)間尺度的IMF分量，當(dāng)最后一個(gè)IMF分量為單調(diào)函 數(shù)而不能再?gòu)闹刑崛M足MF條件的分量時(shí)停止分解，得到若干層頂F分量hi(t);
[0021] 然后為每個(gè)IMF分量確定一個(gè)閾值Hi，利用該閾值對(duì)每個(gè)IMF分量降噪；
[0022]
[0023]其中hhi(t)為降噪之后的頂F分量；
[0024]再利用降噪后的各頂F分量進(jìn)行重構(gòu)，得到降噪后的信號(hào)。
[0025]第三步：將降噪后的故障信號(hào)導(dǎo)入matlab，計(jì)算得到故障振動(dòng)信號(hào)的方差、方均 根、偏度、峭度、波峰因子以及頻率參數(shù)，將方差、方均根、偏度、峭度、波峰因子這五個(gè)時(shí)域 特征參數(shù)組成特征向量，并將提取的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的輸入?yún)⒘浚?br>[0026] 方差
i反應(yīng)信號(hào)相對(duì)于信號(hào)均值f的穩(wěn)定程度的物理 量;其中Xl為輸入信號(hào)，η為信號(hào)值的總數(shù)；
[0027] 方均根
；反應(yīng)信號(hào)的能量大小； Η ?ν
[0028] 偏度
〖義上是樣本的三階標(biāo)準(zhǔn)化矩，反應(yīng)信號(hào)分布相對(duì)于均 值不對(duì)稱的程度;μ為信號(hào)平均數(shù)，σ為信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差；
[0029] 峭度
是歸一化的四階矩，反應(yīng)信號(hào)的分布特性；
[0030] 峰值因子定義為信號(hào)峰值與信號(hào)方均根值的比值；
* ' I //?,Λ
[0031] 其。
為信號(hào)峰值；
[0032] 得到的特征向量表示為Υ =[Χ var，Xrms，Xskew，Xkur，Xcf ];
[0033] 第四步:根據(jù)軸承組件的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算得到內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障特征頻率，另一方 面神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)利用訓(xùn)練樣本進(jìn)行仿真訓(xùn)練，完成對(duì)滾筒體故障識(shí)別模型的建立，得 到一套規(guī)則形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷機(jī)制；
[0034] 軸承內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障特征頻率計(jì)算公式為：
[0035] 內(nèi)圈故障特征頻率
[0036] 外圈故障特征頻率
[0037] 滾筒體故障特征頻率
[0038] 其中Z為滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，fr為轉(zhuǎn)頻(Hz)，d為滾動(dòng)體直徑(mm)，D為軸承節(jié)徑(mm)，α為 接觸角。
[0039]第五步:根據(jù)第三步中得到的振動(dòng)信號(hào)的頻率是否含有第四步中的故障特征頻率 信息來判斷軸承組件是否有故障以及故障類型，另一方面神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)根據(jù)診斷機(jī) 制，基于提取的特征向量識(shí)別滾筒體是否存在故障，故障出現(xiàn)的位置，以及損傷的程度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于:該方法包含如下步驟： 1) 利用振動(dòng)傳感器采集滾筒不同故障狀況下的振動(dòng)信號(hào)； 2) 采用EMD闊值處理對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行降噪； 3) 計(jì)算降噪后的信號(hào)的時(shí)域頻域參數(shù)，由時(shí)域特征參數(shù)組成特征向量，并將提取的特 征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的輸入?yún)⒘浚? 4) 根據(jù)軸承組件的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算得到內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障特征頻率，另外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家 系統(tǒng)利用訓(xùn)練樣本進(jìn)行仿真訓(xùn)練，完成對(duì)滾筒體故障識(shí)別模型的建立，得到一套規(guī)則形成 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷機(jī)制. 5) 由故障特征頻率分析法對(duì)軸承組件進(jìn)行故障診斷，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)根據(jù)診斷機(jī) 審IJ，基于提取的特征向量進(jìn)行滾筒體故障診斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于，步驟1) 中的故障狀況包含W下幾種情況:福板與筒殼連接處裂紋故障，福板裂紋故障，滾筒體筒面 受壓變形故障，脹套連接螺栓剪斷故障W及軸承組件內(nèi)外圈滾動(dòng)體故障。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于，步驟2) 中的EMD闊值降噪為： EMD將振動(dòng)信號(hào)分解成一系列不同時(shí)間尺度的IMF分量，當(dāng)最后一個(gè)IMF分量為單調(diào)函 數(shù)而不能再?gòu)闹刑崛M足IMF條件的分量時(shí)停止分解，得到若干層IMF分量hi(t); 然后為每個(gè)IMF分量確定一個(gè)闊值出，利用該闊值對(duì)每個(gè)IMF分量降噪；其中化i(t)為降噪之后的IMF分量； 再利用降噪后的各IMF分量進(jìn)行重構(gòu)，得到降噪后的信號(hào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于，步驟3) 中信號(hào)的時(shí)域參數(shù)包括： 方差量反應(yīng)信號(hào)相對(duì)于信號(hào)均值文的穩(wěn)定程度的物理量； 其中XI為輸入信號(hào)，η為信號(hào)值的總數(shù)； 方均巧乏應(yīng)信號(hào)的能量大??； 偏屆定義上是樣本的Ξ階標(biāo)準(zhǔn)化矩，反應(yīng)信號(hào)分布相對(duì)于均值不 對(duì)稱的程度;μ為信號(hào)平均數(shù)，σ為信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差； 峭屆：歸一化的四階矩，反應(yīng)信號(hào)的分布特性； 峰值因子皂義為信號(hào)峰值與信號(hào)方均根值的比值;其中為信號(hào)峰值； 得到的特征向量表示為：X' = [ Xvar，Xrms，Xskew，Xkur，Xcf ]。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于，步驟4) 中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)通過訓(xùn)練樣本得到專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù);步驟4)中軸承內(nèi)外圈滾動(dòng)體故 障特征頻率計(jì)算公式為：其中Z為滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，fr為轉(zhuǎn)頻，d為滾動(dòng)體直徑，D為軸承節(jié)徑，α為接觸角。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶式輸送機(jī)滾筒組件故障診斷方法，其特征在于，知識(shí)庫(kù) 中包含用于做出滾筒體故障診斷的故障特征。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK105976021SQ201610350471
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】付勝, 劉坤, 程磊, 黃奕銘, 鄭浩
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)