低速重载滚动轴承的故障检测方法及相关设备与流程

本发明涉及故障检测领域，尤其涉及一种低速重载滚动轴承的故障检测方法及相关设备。

背景技术：

1、在钢铁行业中，有许多生产环节都离不开低速重载设备的参与，而其滚动轴承安全性是其正常运行的关键零部件，在钢铁的连铸机生产线上，大包回转台的回转支承是我们需要重点关注的对象，其安全稳定性对于钢铁生产的正常运行至关重要。

2、低速重载滚动轴承一般是指承载的当量动载荷大于100吨，工作转速小于10r/min的特种滚动轴承，就其主要承载形式可分为径向轴承与轴向轴承。在我国的钢铁工业中，低速重载滚动轴承的应用十分广泛，并且此类轴承多安装在大型关键设备上。低速重载轴承常见破坏形式主要包括滚道表面金属剥落、轴承烧伤、塑性变形、轴承座圈裂纹及磨损、保持架破碎等。由于低速重载轴承由于转速很低，故障冲击时间相对较长，而其覆盖的频率范围很窄。因此，对于低速重载滚动轴承，其故障冲击的频带可能覆盖不了普通加速度传感器的谐振频率；即使覆盖，其能量成分也非常小，可能激不起加速度传感器的共振；而且普通加速度传感器无法在在高温、多火花环境下工作。同时，由于轴承转速很低，计算出来的轴承故障频率也很低，一般在零点几赫兹到几赫兹。例如转炉耳轴轴承在正常工作时的故障频率在0.75hz～1.5hz，这样的频率不宜采用传统的油脂化验方法进行故障分析。

3、综上，由于低速重载滚动轴承故障的低频振动信号能量较低，采用现有的普通加速度传感器难以采集冲击故障特征，且采用现有频谱分析方法难以识别故障频率，故目前仍缺少一种更优的低速重载滚动轴承的故障检测方法的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种低速重载滚动轴承的故障检测方法及相关设备，主要目的在于解决缺少一种更优的低速重载滚动轴承的故障检测方法的问题。

2、为解决上述至少一种技术问题，第一方面，本发明提供了一种低速重载滚动轴承的故障检测方法，该方法包括：

3、获取低速重载滚动轴承的振动信号，其中，上述振动信号是基于扭转梁式的水平轴向光纤光栅加速度低频传感器采集的；

4、基于隐式分量分解法分解采集信号以确定上述采集信号的低频分量，其中，上述采集信号是上述振动信号放大后确定的；

5、对上述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，其中，上述解调谱特征用于确定上述低速重载滚动轴承的故障状态。

6、可选的，上述基于隐式分量分解法分解采集信号以确定上述采集信号的低频分量，包括：

7、连接上述采集信号的全部局部极值点以构建包络结构；

8、基于上述包络结构分别构建每个局部极值点到时间轴的垂直线段；

9、基于低频算子进行演算以确定上述样条曲线函数，其中，上述样条曲线函数用于确定上述采集信号的低频分量。

10、可选的，上述局部极值点包括局部极大值点和局部极小值点，上述包络结构包括上包络结构和下包络结构，

11、上述连接上述采集信号的全部局部极值点以构建包络结构，包括：

12、使用具有最小窗口长度的非参数方法识别上述采集信号的所有局部极大值点和所有局部极小值点；

13、基于上包络函数将所有上述局部极大值点连接，以形成上述上包络结构；

14、使用下包络函数将所有上述局部极小值点连接，以形成上述下包络结构。

15、可选的，上述基于上述包络结构分别构建每个局部极值点到时间轴的垂直线段，包括：

16、获取上述上包络结构中的每对局部极大值点对；

17、连接每对上述局部极大值点对之间的每个局部极大值点与上述下包络函数通过时间轴上的直线，以确定每对上述局部极大值点对之间的每个局部极大值点到时间轴的垂直线段；

18、获取上述下包络结构中的每对局部极小值点对；

19、连接每对上述局部极小值点对之间的每个局部极小值点与上述下包络函数通过时间轴上的直线，以确定每对上述局部极小值点对之间的每个局部极小值点到时间轴的垂直线段。

20、可选的，上述基于低频算子进行演算以确定上述样条曲线函数，包括：

21、基于低频算子将每条垂直线段分别分解成两段；

22、确定每条垂直线段上的分解点；

23、基于样条曲线连接所有垂直线段上的分解点以确定样条曲线函数；

24、基于上述样条曲线函数确定上述采集信号的低频分量。

25、可选的，上述基于上述样条曲线函数确定上述采集信号的低频分量，包括：

26、确定上述样条曲线函数的单调趋势函数情况；

27、在上述样条曲线函数为非单调趋势函数的情况下，将上述采集信号减去上述样条曲线函数，以确定上述采集信号的旋转分量；

28、基于下式根据上述采集信号和上述采集信号的旋转分量确定新低频算子：

29、

30、其中，上述xi和分别是父信号和后续旋转分量的时间序列，xvari和是第i个父信号和相应旋转分量的方差；

31、基于上述新低频算子，迭代执行上述基于低频算子进行演算以确定上述样条曲线函数的步骤，直至上述样条曲线函数更新为单调趋势函数，其中，上述新低频算子代入至上述低频算子；

32、在上述样条曲线函数为单调趋势函数的情况下，将上述取样条曲线函数作为上述采集信号的低频分量。

33、可选的，上述对上述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，包括：

34、以上述低频分量的中心频率为中心对上述低频分量进行带通滤波，以得到带通滤波低频信号；

35、基于下式对上述带通滤波低频信号进行希尔伯特变换，以得到带通滤波低频希尔伯特变换信号：

36、

37、其中，上述为上述带通滤波低频希尔伯特变换信号，xl′(t)为上述带通滤波低频信号，h{}为希尔伯特变换；

38、对上述带通滤波低频希尔伯特变换信号进行包络处理，以构造冲击响应信号包络曲线，其中，上述冲击响应信号包络曲线为：

39、

40、其中，上述为上述带通滤波低频希尔伯特变换信号，xl′(t)为上述带通滤波低频信号，h{}为希尔伯特变换，zm(t)为上述冲击响应信号包络曲线；

41、对上述冲击响应信号包络曲线进行重采样并做谱分析，以确定上述解调谱特征。

42、第二方面，本发明实施例还提供了一种低速重载滚动轴承的故障检测装置，包括：

43、获取单元，用于获取低速重载滚动轴承的振动信号，其中，上述振动信号是基于扭转梁式的水平轴向光纤光栅加速度低频传感器采集的；

44、第一确定单元，用于基于隐式分量分解法分解采集信号以确定上述采集信号的低频分量，其中，上述采集信号是上述振动信号放大后确定的；

45、第二确定单元，用于对上述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，其中，上述解调谱特征用于确定上述低速重载滚动轴承的故障状态。

46、为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序被处理器执行时实现上述的低速重载滚动轴承的故障检测方法的步骤。

47、为了实现上述目的，根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括至少一个处理器、以及与上述处理器连接的至少一个存储器；其中，上述处理器用于调用上述存储器中的程序指令，执行上述的低速重载滚动轴承的故障检测方法的步骤。

48、借由上述技术方案，本发明提供的低速重载滚动轴承的故障检测方法及相关设备，对于缺少一种更优的低速重载滚动轴承的故障检测方法的问题，本发明通过获取低速重载滚动轴承的振动信号，其中，上述振动信号是基于扭转梁式的水平轴向光纤光栅加速度低频传感器采集的；基于隐式分量分解法分解采集信号以确定上述采集信号的低频分量，其中，上述采集信号是上述振动信号放大后确定的；对上述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，其中，上述解调谱特征用于确定上述低速重载滚动轴承的故障状态。在上述方案中，由于采用了基于扭转梁式的水平轴向光纤光栅加速度低频传感器采集低速重载滚动轴承的振动信号，其能在高温、多火花环境下工作且能测量低频段的振动信号；隐式分量分解方法将信号分解为隐藏的旋转分量，对于每个隐藏的旋转分量，瞬时频率和振幅都有明确定义，隐式分量分解方法可以在非线性信号上运用；另外，隐式分量分解方简单，计算时间短，它以精确定义的分辨率提供关于信号频率和能量含量的精确的基于时间尺度的信息；采用隐式分量分解方法进行信号分解可以保留关于危险信号的故障特征，可以分离具有高冲击性、低噪声、更大规律性的分量，从而可以精确识别出低速重载滚动轴承的故障。

49、相应地，本发明实施例提供的低速重载滚动轴承的故障检测装置、设备和计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。

50、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种低速重载滚动轴承的故障检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于隐式分量分解法分解采集信号以确定所述采集信号的低频分量，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述局部极值点包括局部极大值点和局部极小值点，所述包络结构包括上包络结构和下包络结构，

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述包络结构分别构建每个局部极值点到时间轴的垂直线段，包括：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于低频算子进行演算以确定所述样条曲线函数，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述样条曲线函数确定所述采集信号的低频分量，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，包括：

8.一种低速重载滚动轴承的故障检测装置，其特征在于，

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述的低速重载滚动轴承的故障检测方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器；其中，所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，执行如权利要求1至权利要求7中任一项所述的低速重载滚动轴承的故障检测方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种低速重载滚动轴承的故障检测方法及相关设备，涉及故障检测领域，主要为解决缺少一种更优的低速重载滚动轴承的故障检测方法的问题。该方法包括：获取低速重载滚动轴承的振动信号，其中，所述振动信号是基于扭转梁式的水平轴向光纤光栅加速度低频传感器采集的；基于隐式分量分解法分解采集信号以确定所述采集信号的低频分量，其中，所述采集信号是所述振动信号放大后确定的；对所述低频分量进行共振解调，以确定解调谱特征，其中，所述解调谱特征用于确定所述低速重载滚动轴承的故障状态。本发明用于低速重载滚动轴承的故障检测过程。

技术研发人员：白华,张文奇,劳文杰,吴标,余志刚,黄强,李伟,章勤奋,连丽珍
受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23