一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法

技术特征：
1.一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采集滚动轴承在稳定工况时不同时刻下的振动加速度信号x(t)
i
；s2、求解不同时刻下采集到的振动加速度信号的包络谱e(f)
i
；s3、利用推土机距离，求解第i时刻与第1时刻间的特定频带范围的包络谱特征分布距离w
i1
，获取推土机距离矩阵w；s4、根据包络谱特征分布距离w
i1
，利用3σ原则对包络谱特征分布距离w
ij
进行阈值设定；s5、设置超过阈值准则，实现对滚动轴承早期故障点进行精准识别。2.根据权利要求1所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s1包括以下步骤：s1.1、将振动加速度传感器安装于滚动轴承座正上方或靠近滚动轴承位置处，设置采样频率f
s
及单个时刻t下的采样时长t；s1.2、采集处于稳定运行时的滚动轴承在整个生命周期中的不同时刻t下的振动加速度值x(t)
i
，其中i表示第i段信号样本，每段信号的采样时长为t，i＝1,2,3
…
,n，n的含义为在滚动轴承整个生命周期中采集的加速度信号样本数。3.根据权利要求1所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：s2.1、对不同时刻t下的第i段振动加速度信号x(t)
i
进行希尔伯特变换获取其包络特征信号s(t)
i
；s2.2、对包络特征信号s(t)
i
进行傅里叶变换获取包络谱信号e(f)
i
。4.根据权利要求3所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s2.1中，希尔伯特变换如下：其中，h[]为希尔伯特算子，τ为积分变量，x(τ)
i
为第i段信号不同τ时刻下振动加速度值。5.根据权利要求3所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s2.2中，傅里叶变换如下：其中，f为频率变量，j为虚数单位。6.根据权利要求1所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：s3.1、计算滚动轴承外圈故障特征频率f
outer
、内圈故障特征频率f
inner
、保持架故障特征频率f
cage
以及滚动体故障特征频率f
roller
，选择出四个故障特征频率中最大的特征频率记为f
max
；s3.2、利用推土机距离(wasserstein distance)，求解第i段信号样本的e(f)
i
与第1段信号样本间的e(f)1特定频带范围内的包络谱特征分布距离w
i1
，获取推土机距离矩阵w。7.根据权利要求6所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其
特征在于，步骤s3.1中，在选择包络谱特征频带范围时，以最大特征频率f
max
的m阶倍频为截至频率，具体计算公式如下：具体计算公式如下：具体计算公式如下：具体计算公式如下：其中，z为滚动轴承滚动体个数；f
n
为滚动轴承转频；d为滚动轴承滚动体直径；d为滚动轴承中径；α为滚动轴承接触角。8.根据权利要求6所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s3.2中，特定频带范围为[0mf
max
]，其中推土机距离公式以及特征分布距离w
ij
如下：其中，e(f)
i
与e(f)
j
分别为第i段信号样本和第j段信号样本下频带范围内的包络谱信号；p
r
和p
g
分别为第i段信号样本和第j段信号样本下的包络谱信号e(f)
i
和e(f)
j
的边缘分布；π(p
r
,p
g
)代表所有联合分布的集合，γ代表每一个可能的联合分布；e为期望计算；w＝[w
11
…
w
i1
…
w
n1
](8)其中，w
i1
为第i段信号样本e(f)
i
与第1段信号样本间e(f)1特定频带范围内的包络谱特征分布距离即推土机距离，w为推土机距离矩阵。9.根据权利要求1所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s4中，选定推土机距离矩阵w的前l个推土机距离即包络谱特征分布距离，利用3σ原则，确定轴承早期故障发生阈值threshold，具体计算公式如下：
其中，w
mean
和w
sigma
分别为推土机距离矩阵w中前l个推土机距离的均值与标准差；threshold为设置的阈值。10.根据权利要求1～9任一项所述的一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法，其特征在于，步骤s5中，为了更精确的确定轴承早期故障时刻点，防止噪声等其他偶然因素导致特征分布距离意外超过设定的阈值threshold，设定如下超过阈值准则：当推土机距离矩阵w中连续三个推土机距离超过设定阈值时，确定这三个推土机距离中的第一个推土机距离对应的第i段信号样本对应的时刻为早期故障发生时刻点。

技术总结
本发明公开了一种基于滚动轴承特征分布的早期故障时刻点识别方法。所述方法包括以下步骤：采集滚动轴承在稳定工况时不同时刻下的振动加速度信号x(t)


技术研发人员：蒋飞 丁康 何国林 叶鸣
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/5/25