一种机械设备磨损状态综合判断方法技术

本发明专利技术涉及一种机械设备磨损状态综合判断方法，其包括步骤：按照等时间间隔原则采集机械设备运行阶段的N个油样，进行原子发射光谱分析，获得油样中n种不同元素的浓度含量；对光谱检测元素进行系统聚类确定主要磨损元素；判断设备运行阶段是否换油，进而确定磨损指标；对每个磨损评价指标进行标准化处理，然后对标准化后的磨损指标进行因子分析；对磨损主因子综合得分序列进行正态检验；根据综合得分序列是否符合正态分布，确定综合得分磨损界限值，完成磨损状态综合判断。本发明专利技术依据磨损综合得分对装置的磨损状态做出整体性判断，能够为快速、正确地评价设备磨损状况、准确地早期预警磨损故障。

A Comprehensive Judgment Method for Wear State of Mechanical Equipment

【技术实现步骤摘要】
一种机械设备磨损状态综合判断方法
本专利技术涉及一种机械设备监测
，特别是关于一种油液光谱监测
中的机械设备磨损状态综合判断方法。
技术介绍
磨损是引起机械设备故障的主要原因，油液光谱分析是目前监测设备早期异常磨损的一项重要的技术，设备的磨损状态评价是在采集设备运行阶段油样的光谱分析数据基础上进行，利用一定的方法对磨损评价指标进行分析，做出定量化的总体判断，对正确评价设备磨损状况、准确地早期预警磨损故障具有重要意义。目前在磨损状态评价中，综合评价方法应用多指标对设备的磨损状态进行评价，能够获取比较全面的设备运行状态，避免依靠单个指标进行评价造成的误判。在综合评价方法中，模糊方法、主成分分析和因子分析方法等应用的较为广泛。在上述方法中，模糊方法若是采集的油样样本较少，就会产生磨损状态判别准确率下降的问题；主成分分析方法所提取的磨损主成分实际意义较为模糊，往往难以作出符合实际的解释；因子分析方法具有因子旋转的功能，能够方便解释各因子的实际意义，但是，由于因子分析需要构造新的因子模型，计算量较大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种机械设备磨损状态综合判断方法，该方法将描述机械设备的多个磨损评价指标转化成无量纲的磨损综合得分，并依据磨损综合得分对装置的磨损状态做出整体性判断。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种机械设备磨损状态综合判断方法，其包括以下步骤：1)按照等时间间隔原则采集机械设备运行阶段的N个油样，进行原子发射光谱分析，获得油样中n种不同元素的浓度含量；2)对光谱检测元素进行系统聚类确定主要磨损元素；3)判断设备运行阶段是否换油，进而确定磨损指标；4)对每个磨损评价指标进行标准化处理，然后对标准化后的磨损指标进行因子分析；5)对磨损主因子综合得分序列进行正态检验；6)根据综合得分序列是否符合正态分布，确定综合得分磨损界限值，完成磨损状态综合判断。进一步，所述步骤2)中，系统聚类中测度距离采用基于相关系数的相关距离，基于N个油样光谱检测元素中的任意两种元素i,j的浓度含量数据序列xi＝(xi1,xi2,…,xiN)与xj＝(xj1,xj2,…,xjN)，计算元素i,j相关距离rij如下式为：式中，和分别表示光谱检测元素i,j的浓度数据序列xi与xj的数学期望，和在实际应用中以样本均值来表示；xir和xir分别表示第i和j中光谱检测元素在第r个采集油样中的光谱检测元素浓度值。进一步，所述步骤3)中，磨损指标的确定方法为：如果存在换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量，主要磨损元素的浓度梯度及主要磨损元素的浓度比例特征；如果设备运行阶段没有换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量和主要磨损元素的浓度梯度。进一步，通过磨损元素的浓度梯度来反映综合传动装置磨损状态的动态变化，第k种主要磨损元素的浓度梯度xΔk计算公式如下：式中，xk(r+1)表示第k种主要磨损元素在第r+1个油样中对应的光谱检测浓度测量值，xkr表示第k种主要磨损元素在第r个油样中对应的光谱检测浓度测量值，Δt为实际采样间隔，T为标准采样间隔。进一步，第k种主要磨损元素的浓度与第l种主要磨损元素的浓度比例特征xk/l计算公式如下：式中，xk/l表示第k种元素浓度值xk与第l种元素浓度值xl的比值。进一步，所述步骤4)中，因子分析包括以下步骤：4.1)确定磨损主因子个数；4.2)判断磨损主因子M是否为一个，如果为一个，由最小二乘法估计得到磨损主因子得分的估计公式为：式中，A′为磨损主因子载荷矩阵的转置，R-1为原始磨损指标的相关系数矩阵R的逆矩阵，Y表示磨损评价指标y1,y2,…,yp构成的矩阵；如果磨损主因子M大于1个，对磨损主因子得分进行信息熵加权，磨损主因子综合得分越高，则磨损越严重。进一步，所述步骤4.2)中，磨损主因子综合得分计算如下式：其中，是第q个磨损主因子Fq的信息熵加权系数，该系数计算如下：pq为磨损主因子提供信息的概率，计算公式如下：其中，λq为磨损主因子Fq对应的奇异值。进一步，所述步骤5)中，正态检验的方法为：假设磨损综合得分序列总体服从正态分布，然后计算统计量W，在显著性水平α＝0.05下，若W≥Wα，则接受正态性假设，即磨损特征服从正态分布，否则不接受正态性假设，即磨损特征不满足正态性分布；其中，Wα表示统计量W在显著性水平α下的数值。进一步，所述步骤6)中，综合得分磨损界限值确定方法为：如果综合得分序列符合正态分布，则应用3倍标准差原理制定综合得分磨损界限值；如果磨损综合得分序列不符合正态分布，则磨损异常线为通过箱线图法确定的大于Q3+1.5IQR的界限，磨损上四分位数线为Q3对应的值，其中，IQR为磨损综合得分四分位距，Q3为磨损综合得分上四分位数。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术确定主要磨损元素，判断设备的运行过程是否换油建立磨损评价指标，对磨损评价指标进行降维，得到磨损主因子，判断磨损主因子的个数决定是否加权得到磨损综合得分，对磨损综合得分检验正态性，建立界限值判断设备的磨损状态，进而系统、全面的评价设备的早期磨损状况。2、本专利技术根据系统聚类方法，确定主要磨损元素；根据设备运行阶段是否换油，确定磨损评价的指标体系，判断磨损主因子是否为一个，确定是否对磨损主因子进行信息熵加权；根据磨损综合得分是否服从正态分布确定界限值，大大缩减了界限值的数目而且界限值较不进行正态性检验的更为合理，能够为快速、正确地评价设备磨损状况、准确地早期预警磨损故障。3、本专利技术对磨损指标体系进行主成分因子分析，能够把多个磨损评价指标转化为少数几个综合评价指标，把描述综合传动装置的多个磨损评价指标转化成无量纲的磨损综合得分，并依据磨损综合得分对装置的磨损状态做出整体性评价。附图说明图1是本专利技术的整体流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种机械设备磨损状态综合判断方法，其包括以下步骤：1)按照等时间间隔原则采集机械设备运行阶段的N个油样，进行原子发射光谱分析，获得油样中n种不同元素的浓度含量。2)对光谱检测元素进行系统聚类确定主要磨损元素；系统聚类中测度距离采用基于相关系数的相关距离，距离越近越容易合并为一类。基于N个油样光谱检测元素中的任意两种元素i,j的浓度含量数据序列xi＝(xi1,xi2,…,xiN)与xj＝(xj1,xj2,…,xjN)，计算元素i,j相关距离rij如下式为：式中，和分别表示元素i,j的浓度数据序列xi与xj的数学期望，和在实际应用中以样本均值来表示。xir和xir分别表示第i和j种光谱检测元素在第r个采集油样中的光谱检测元素浓度值。|rij|≤1，rij越接近于1，表示xi和xj越相似，反之则表示二者之间的相似性越弱，取0.85≤rij≤1的元素为主要磨损元素。3)判断设备运行阶段是否换油，进而确定磨损指标；磨损指标的确定方法为：如果存在换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量(光谱检测浓度含量由原子发射光谱仪直接测定)，主要磨损元素的浓度梯度及主要磨损元素的浓度比例特征；如果设备运行阶段没有换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量和主要磨损元素的浓度梯度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械设备磨损状态综合判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)按照等时间间隔原则采集机械设备运行阶段的N个油样，进行原子发射光谱分析，获得油样中n种不同元素的浓度含量；2)对光谱检测元素进行系统聚类确定主要磨损元素；3)判断设备运行阶段是否换油，进而确定磨损指标；4)对每个磨损评价指标进行标准化处理，然后对标准化后的磨损指标进行因子分析；5)对磨损主因子综合得分序列进行正态检验；6)根据综合得分序列是否符合正态分布，确定综合得分磨损界限值，完成磨损状态综合判断。

【技术特征摘要】
1.一种机械设备磨损状态综合判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)按照等时间间隔原则采集机械设备运行阶段的N个油样，进行原子发射光谱分析，获得油样中n种不同元素的浓度含量；2)对光谱检测元素进行系统聚类确定主要磨损元素；3)判断设备运行阶段是否换油，进而确定磨损指标；4)对每个磨损评价指标进行标准化处理，然后对标准化后的磨损指标进行因子分析；5)对磨损主因子综合得分序列进行正态检验；6)根据综合得分序列是否符合正态分布，确定综合得分磨损界限值，完成磨损状态综合判断。2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2)中，系统聚类中测度距离采用基于相关系数的相关距离，基于N个油样光谱检测元素中的任意两种元素i,j的浓度含量数据序列xi＝(xi1,xi2,…,xiN)与xj＝(xj1,xj2,…,xjN)，计算元素i,j相关距离rij如下式为：式中，和分别表示光谱检测元素i,j的浓度数据序列xi与xj的数学期望，和在实际应用中以样本均值来表示；xir和xir分别表示第i和j中光谱检测元素在第r个采集油样中的光谱检测元素浓度值。3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤3)中，磨损指标的确定方法为：如果存在换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量，主要磨损元素的浓度梯度及主要磨损元素的浓度比例特征；如果设备运行阶段没有换油，则磨损指标为：主要磨损元素的光谱检测浓度含量和主要磨损元素的浓度梯度。4.如权利要求3所述方法，其特征在于：通过磨损元素的浓度梯度来反映综合传动装置磨损状态的动态变化，第k种主要磨损元素的浓度梯度xΔk计算公式如下：式中，xk(r+1)表示第k种主要磨损元素在第r+1个油样中对应的光谱检测浓度测量值，xkr表示第k种主要磨损元素在第r个油样中对应的光谱检测浓度测量值，Δt为实际采...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，王立勇，王少红，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11