轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法技术

提供一种轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法，采集高频振动监测信号，基于短时傅里叶变换对信号处理，对比供油正常与缺油故障两种工况下的信号差异，寻找出三个故障脊线带，然后提取三个脊线带对应的幅值能量，对能量曲线取均方根值，最后利用能量曲线均方根值，构建啮合能量比OME21和啮合能量比OME31两个指标，当啮合能量比OME21和啮合能量比OME31同时满足小于1.5时，换向箱供油正常，否则，视为缺油故障，从而实现换向箱缺油故障的识别，本方法简单易行，换向箱缺油故障诊断准确高效，具有良好的工程使用价值。有良好的工程使用价值。

【技术实现步骤摘要】
轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法


[0001]本专利技术属于轨道工程车辆监测诊断
，具体涉及一种轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法。

技术介绍

[0002]轨道工程车辆为轨道交通的施工、运营等提供全方位保障，其作业范围涵盖工程施工牵引、检测、救援、维修等方面。轨道工程车辆为轨道交通提供安全保障，其自身的安装保障更得重视，于是轨道工程车辆的监测诊断技术及系统应运而生。
[0003]在轨道工程车辆的监测诊断中，换向箱的缺油故障诊断是一个需要解决的重要难题；在轨道工程车上，采用一个发电机驱动两组转向架进行运动，且还要完成前进和倒退的换向操作，这些均是通过换向箱实现。换向箱在工作过程中，一个输入，两个输出，除了正常的传递转速和力矩之外，还要承担换向功能，其结构复杂，功能繁多，对其进行监测诊断，本身就非常难；对于换向箱的缺油故障基本上很难看到，偶尔关于设备缺油故障，也多是从油箱液位的角度研究；而在换向箱中，没有专门的油箱，是通过油泵对换向箱内部少量的液压油循环，不具备安装液位传感器的条件；换向箱的监测诊断又要求具备实时性，进一步加剧了研究的难题，因此，针对上述问题，有必要进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题：提供一种轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法，采集高频振动监测信号，基于短时傅里叶变换对信号处理，对比供油正常与缺油故障两种工况下的信号差异，寻找出三个故障脊线带，然后提取三个脊线带对应的幅值能量，对能量曲线取均方根值，最后利用能量曲线均方根值，构建啮合能量比OME21和啮合能量比OME31两个指标，当啮合能量比OME21和啮合能量比OME31同时满足小于1.5时，换向箱供油正常，否则，视为缺油故障，从而实现换向箱缺油故障的识别，本方法简单易行，换向箱缺油故障诊断准确高效，具有良好的工程使用价值。
[0005]本专利技术采用的技术方案：轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法，包括以下步骤：
[0006]1)采集轨道工程车辆换向箱的高频振动监测信号，基于短时傅里叶变换对监测的高频振动监测信号进行处理，对比换向箱供油正常与缺油故障两种工况下的高频振动监测信号差异，寻找出三个故障脊线带，提取三个脊线带对应的幅值能量曲线，对能量曲线所有数据取均方根值；
[0007]2)利用能量曲线均方根值，构建啮合能量比OME21、啮合能量比OME31两个指标，当满足啮合能量比OME21、啮合能量比OME31同时数值小于1.5时，换向箱供油正常，否则，视为缺油故障。
[0008]上述步骤1)中，所述能量曲线所有数据取均方根值的具体步骤如下：
[0009]S1：采集长度为N的轨道工程车辆换向箱的高频振动监测信号，并记为x(n),n＝1,2,
…
,N，其对应的转速信号为f
m
；
[0010]S2：对x(n)进行短时傅里叶变换的公式如下：
[0011][0012]其中，T＞0和F＞0分别为时间变量和频率变量的采样周期，m和k为整数，分别为T和F所对应的序号数列，h*(nT
‑
mT)为窗函数，公式
①
将加速度信号x(n)从时域映射到时间与频率的二维平面上，随着时间变量T的变化，窗函数h*(nT
‑
mT)在时间域滑移，在窗函数内对x(n)截取，求频谱，得到(T,F,Y)上的三维谱图；
[0013]S3：对比供油正常与缺油故障两种工况下的三维谱图，可以发现两种状态下高频振动监测信号的差异，然后按照自动搜索方法寻找出三个故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k)，最后通过下式寻找出这三个故障脊线带的幅值能量曲线：
[0014][0015][0016][0017]其中K为故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k)的频率方向的最大数据序号，按照下式分别求取三个故障脊线带幅值能量曲线的均方根值：
[0018][0019][0020][0021]其中M为故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k)的时间方向的最大数据序号，分别为E1(m)、E2(m)、E3(m)的平均值。
[0022]上述步骤S3)中，按照自动搜索方法寻找出三个故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k)的具体步骤如下：
[0023]S31：对比供油正常与缺油故障两种工况下的三维谱图，以m＝1提取供油正常与缺油故障下两根曲线，对比并人工标记处m＝1时三个故障脊线带中心的频率坐标及其对应的序号k1、k2、k3，进而得到三个故障脊线带的中心坐标
[0024]S32：以坐标为
起点，以正负转速信号f
m
为范围，通过以下公式寻找每个时间点m上的三个故障脊线带中心幅值最大值：
[0025][0026][0027][0028]S33：以三个故障脊线带中心幅值最大值为条件，更新每个时间点上的脊线中心的频率坐标：
[0029][0030][0031][0032]S34：以f
1new
、为起点，以正负转速信号f
m
为范围，获取三个故障脊线带曲线：
[0033][0034][0035][0036]上述步骤2)中，所述啮合能量比OME21和啮合能量比OME31两个指标的确定以及换向箱供油正常或缺油故障的确定包括以下步骤：
[0037]首先，按照以下公式计算啮合能量比OME21和啮合能量比OME31两个指标：
[0038][0039][0040]然后，通过啮合能量比OME21和啮合能量比OME31两个指标判断缺油故障，当满足啮合能量比OME21和啮合能量比OME31同时小于1.5时，换向箱供油正常，否则，视为换向箱缺油故障。
[0041]本专利技术与现有技术相比的优点：
[0042]1、本技术方案无需换向箱的液位数据，仅需从高频振动监测数据中提炼故障特征，构建可表征换向箱油路状态的指标，即可实时识别换向箱缺油故障，简单易操作；
[0043]2、本技术方案利用短时傅里叶提取故障脊线带，并从脊线带中构建指标，可以准
确识别换向箱缺油故障；
[0044]3、本技术方案方法简单易行，除了对换向箱高频振动监测信号的监测外，无需安装其它监测诊断设备，换向箱缺油故障诊断准确高效，具有良好的工程使用价值。
附图说明
[0045]图1为本专利技术换向箱供油正常的短时傅里叶图谱；
[0046]图2为本专利技术换向箱缺油故障的短时傅里叶图谱；
[0047]图3为本专利技术换向箱供油正常与缺油故障指标区别图；
[0048]图4为本专利技术换向箱半缺油状态下的故障指标图。
[0049]图1和图2为三维坐标图形，两个横坐标分别为工频倍数f和时间t，纵坐标为幅值；图3中横坐标为啮合能量比OME21，纵坐标为啮合能量比OME31，其中，“*”表示供油正常，“O”表示供油缺油故障；图4总，横坐标为啮合能量比OME21，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法，其特征在于包括以下步骤：1)采集轨道工程车辆换向箱的高频振动监测信号，基于短时傅里叶变换对监测的高频振动监测信号进行处理，对比换向箱供油正常与缺油故障两种工况下的高频振动监测信号差异，寻找出三个故障脊线带，提取三个脊线带对应的幅值能量曲线，对能量曲线所有数据取均方根值；2)利用能量曲线均方根值，构建啮合能量比OME21、啮合能量比OME31两个指标，当满足啮合能量比OME21、啮合能量比OME31同时数值小于1.5时，换向箱供油正常，否则，视为缺油故障。2.根据权利要求1所述的轨道工程车辆换向箱缺油故障识别方法，其特征在于：上述步骤1)中，所述能量曲线所有数据取均方根值的具体步骤如下：S1：采集长度为N的轨道工程车辆换向箱的高频振动监测信号，并记为x(n),n＝1,2,
…
,N，其对应的转速信号为f
m
；S2：对x(n)进行短时傅里叶变换的公式如下：其中，T＞0和F＞0分别为时间变量和频率变量的采样周期，m和k为整数，分别为T和F所对应的序号数列，h*(nT
‑
mT)为窗函数，公式
①
将加速度信号x(n)从时域映射到时间与频率的二维平面上，随着时间变量T的变化，窗函数h*(nT
‑
mT)在时间域滑移，在窗函数内对x(n)截取，求频谱，得到(T,F,Y)上的三维谱图；S3：对比供油正常与缺油故障两种工况下的三维谱图，可以发现两种状态下高频振动监测信号的差异，然后按照自动搜索方法寻找出三个故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k)，最后通过下式寻找出这三个故障脊线带的幅值能量曲线：下式寻找出这三个故障脊线带的幅值能量曲线：下式寻找出这三个故障脊线带的幅值能量曲线：其中K为故障脊线带PY1(m,k)、PY2(m,k)、PY3(m,k...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子彤，李盼，付盼峰，刘兴，申志军，胡花平，赵之彧，朱红军，
申请(专利权)人：宝鸡中车时代工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：