基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法
本发明属于列车轴箱轴承润滑状态监测，特别涉及基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法。
背景技术：
1、目前列车轴箱轴承的润滑状态一般利用安装在轴箱上的温度传感器进行监测，当轴承温升高于设定阈值时监测系统进行报警。该方法存在报警滞后的问题，无法在轴承早期润滑不良进行报警，容易造成轴承损坏和列车晚点。本发明旨利用振动对轴承润滑状态的敏感性提出一种列车轴箱轴承润滑状态在线监测方法，能够根据该方法计算出的润滑状态指标实现轴箱轴承早期润滑不良报警，从而在早期发现列车轴承润滑不良，以便维护人员能够及时加注轴承润滑油或润滑脂。
2、使用温度传感器检测列车轴箱的温度或温升可以获取轴承的润滑状态，温度过高或温升过快则说明轴承的润滑质量下降，但是该方法需要轴承在欠润滑状态下工作较长时间。由于列车始终处于高速运动中，因此温度和温升检测值容易受到空气对流的影响，导致润滑不良状态下温升缓慢，因此该方法的报警时效性受到限制，往往报警时轴承已经出现烧蚀或缺陷。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是列车轴箱轴承的润滑状态的监测受到限制，本发明提供基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，通过得到的两轴承润滑状态表征指标之比判断列车轴箱轴承润滑状态。
2、为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：
3、基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，包括如下步骤：
4、步骤一：采集列车上同轴的两个轴箱各自的振动加速度信号；
5、步骤二：使用高通数字滤波器提取每秒采集的各个振动加速度信号，得到两个高通数字滤波信号；
6、步骤三：使用全波整流法对每个高通数字滤波信号进行计算，得到各个高通数字滤波信号的包络解调信号；
7、步骤四：根据列车车轮直径将车速换算为车轮每秒的旋转频率，使用零极点对消法设计车轮转频下的幅值放大的数字滤波器，并使用数字滤波器对各个包络解调信号进行滤波；
8、步骤五：计算各个包络解调信号滤波后的信号有效值，并将每个信号有效值作为轴承润滑状态表征指标，计算一个轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比；
9、步骤六：判断两轴承润滑状态表征指标之间的比值是否超过阈值，若超过阈值则报警，轴承润滑不良，轴承加注润滑油。
10、可选的，在步骤一中，在车速50km/h以上采集列车上同轴的两个轴箱各自的所述振动加速度信号，振动加速度信号为周期性采集，振动加速度信号采样频率不低于10000hz，采样量程不低于500g，采集车速信号，车速信号的采样频率为1hz。
11、可选的，在步骤二中，采用所述高通数字滤波器对所述振动加速度信号进行滤波时，滤滤波器通带频率为2000hz以上，通带波纹为0-3db。
12、可选的，在步骤三中，利用公式(1)-公式(2)的所述全波整流算法计算每秒的所述高通数字滤波信号，以得到所述包络解调信号y(n)：
13、y(0)＝0 (1)；
14、
15、公式(1)是包络解调信号在0时刻的取值为0；
16、公式(2)是周期性的采集到的振动加速度信号的离散信号为x，采样周期为ts，x(n)表示在第n×ts秒时采集到的振动加速度信号，n为某个振动加速度信号的采样周期的序列号；rc为滤波参数，滤波参数根据所需解调的信号成分所在频段确定。
17、可选的，在步骤四中，根据车轮直径d将车速换算为车轮每秒的旋转频率f，设定车轮每秒的车速为v(单位km/h)，轴箱的振动加速度信号的采样频率为fs，零极点对消法设计车轮转频下以进行的信号幅值放大算法为公式(3)和公式(4)：
18、z(n)＝1.99cos(ω)z(n-1)-0.99z(n-2)+k·y(n-2) (3)；
19、
20、其中，y(n)为包络解调信号，ω为车轮旋转频率的归一化数字角频率，cos(ω)表示对ω的计算结果取余弦，sin(ω)表示对ω的计算结果取正弦，k表示信号的滤波增益，n为某个振动加速度信号的采样周期的序列号，z(n)为放大的信号幅值。
21、可选的，在步骤五中，各个包络解调信号滤波后的信号有效值的计算方式如下公式(5)：
22、
23、其中，r为包络解调信号滤波后的信号有效值，振动加速度信号的采样频率为fs，n为某个振动加速度信号的采样周期的序列号，z(n)为放大的信号幅值。
24、进一步的，计算一个轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比，为如下公式(6)或如下公式(7)：
25、
26、在公式(6)中，r1为一个轴承润滑状态表征指标，r2为同轴的另一个轴承润滑指标，i1为一种方式的一个轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比；
27、在公式(7)中，i2为另一种方式的一个轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比。
28、可选的，在步骤六中，将一个所述轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比与阈值进行比较，若两轴承润滑状态表征指标之比大于1.5的阈值，则轴承润滑不良，触发报警。
29、本发明的有益效果：
30、本发明使用全波整流法对每个高通数字滤波信号进行计算，得到各个高通数字滤波信号的包络解调信号，根据列车车轮直径将车速换算为车轮每秒的旋转频率，使用零极点对消法设计车轮转频下的幅值放大的数字滤波器，并使用数字滤波器对各个包络解调信号进行滤波，计算各个包络解调信号滤波后的信号有效值，并将每个信号有效值作为轴承润滑状态表征指标，计算一个轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比，判断两轴承润滑状态表征指标之间的比值是否超过阈值，通过得到的两轴承润滑状态表征指标之比判断列车轴箱轴承润滑状态。
技术特征：
1.基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤一中，在车速50km/h以上采集列车上同轴的两个轴箱各自的所述振动加速度信号，振动加速度信号为周期性采集，振动加速度信号采样频率不低于10000hz，采样量程不低于500g，采集车速信号，车速信号的采样频率为1hz。
3.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用所述高通数字滤波器对所述振动加速度信号进行滤波时，滤波器通带频率为2000hz以上，通带波纹为0-3db。
4.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤三中，利用公式(1)-公式(2)的所述全波整流算法计算每秒的所述高通数字滤波信号，以得到所述包络解调信号y(n)：
5.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤四中，根据车轮直径d将车速换算为车轮每秒的旋转频率f，设定车轮每秒的车速为v，所述轴箱的振动加速度信号的采样频率为fs，所述零极点对消法设计车轮转频下以进行的信号幅值放大算法为公式(3)和公式(4)：
6.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤五中，各个所述包络解调信号滤波后的信号有效值的计算方式如下公式(5)：
7.根据权利要求6所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，计算一个所述轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比，为如下公式(6)或如下公式(7)：
8.根据权利要求1所述的基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，其特征在于，在所述步骤六中，将一个所述轴承润滑状态表征指标与同轴的另一个轴承润滑指标之比与阈值进行比较，若两轴承润滑状态表征指标之比大于1.5的阈值，则轴承润滑不良，触发报警。
技术总结
本发明涉及基于振动和全波整流法的列车轴箱轴承润滑状态监测方法，属于列车轴箱轴承润滑状态监测技术领域，包括如下步骤：步骤一：采集列车上同轴的两个轴箱各自的振动加速度信号；步骤二：使用高通数字滤波器得到两个高通数字滤波信号；步骤三：使用全波整流法得到各个高通数字滤波信号的包络解调信号；步骤四：使用零极点对消法设计车轮转频下的幅值放大的数字滤波器，对各个包络解调信号进行滤波；步骤五：计算各个包络解调信号滤波后的信号有效值，计算两轴承润滑状态表征指标之比；步骤六：判断两轴承润滑状态表征指标之间的比值；本发明的有益效果：通过得到的两轴承润滑状态表征指标之比判断列车轴箱轴承润滑状态。
技术研发人员：胡永旭
受保护的技术使用者：成都大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5