基于改進(jìn)磁鏈峰值能量法的牽引電機(jī)軸承故障診斷

(中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司，湖南株洲，412001)

牽引電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)列車(chē)高速運(yùn)行的主要部件之一，實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能量相互轉(zhuǎn)換與傳遞，對(duì)列車(chē)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要作用。在軌道交通特有運(yùn)行環(huán)境下，牽引電機(jī)受溫濕度、負(fù)載沖擊和工況轉(zhuǎn)換等復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的影響，在電、磁、熱和力等復(fù)合交變載荷長(zhǎng)期作用下，其軸承性能存在退化和疲勞損傷，影響列車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電機(jī)鎖軸，拉傷軌道，甚至導(dǎo)致列車(chē)脫軌。實(shí)現(xiàn)軌道交通復(fù)雜運(yùn)行工況下?tīng)恳姍C(jī)軸承故障的精準(zhǔn)診斷，具有極大的工程應(yīng)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，電機(jī)軸承故障診斷技術(shù)主要有2 類(lèi)方法，即振動(dòng)分析法[1-2]和電信號(hào)分析法[3-4]。受列車(chē)高速運(yùn)行的影響，振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出非平穩(wěn)性[5]和非高斯性等特征[6]，故障特征信號(hào)微弱且容易受到外界因素的影響，從而導(dǎo)致漏報(bào)率和誤報(bào)率較高；同時(shí)，該方法新加裝的振動(dòng)加速度傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性及使用壽命難以達(dá)到軌道車(chē)輛的要求，導(dǎo)致出現(xiàn)更高的故障率。電信號(hào)分析法是一種非侵入式的軸承故障診斷法，基于已有控制信號(hào)完成診斷，不需要額外增加傳感器，具有易于工程化實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。這類(lèi)方法主要是通過(guò)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩[7]和電流[8]等電氣參數(shù)進(jìn)行頻譜分析，進(jìn)一步提取軸承故障特征分量，研究最為廣泛的是基于電流信號(hào)的故障診斷方法[9-11]。然而，由于牽引電機(jī)是PWM(pulse width modulation)變頻供電，受到調(diào)速?gòu)?fù)雜工況等的影響，牽引電機(jī)電流諧波相對(duì)于定頻、正弦波供電的工業(yè)電機(jī)而言，諧波成分更加豐富，軸承故障微弱特征分量容易被電流基頻諧波等強(qiáng)背景噪聲淹沒(méi)，這增加了電流分析的難度，傳統(tǒng)方法難以有效識(shí)別出牽引電機(jī)電流中的軸承故障特征分量。為此，本文作者在分析基于電信號(hào)軸承故障診斷機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)磁鏈峰值能量法的牽引電機(jī)軸承故障診斷方法。首先，建立牽引電機(jī)全階磁鏈觀測(cè)器模型，根據(jù)電機(jī)三相電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈；其次，對(duì)磁鏈信號(hào)進(jìn)行峰值平方整流和包絡(luò)解調(diào)處理，進(jìn)一步計(jì)算磁鏈峰值能量法；最后，通過(guò)提取軸承故障特征分量實(shí)現(xiàn)軸承故障診斷。此外，開(kāi)展了故障模擬試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例驗(yàn)證。

1 電機(jī)軸承故障機(jī)理

當(dāng)電機(jī)發(fā)生軸承故障時(shí)，滾動(dòng)體每次經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)時(shí)會(huì)引起感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向位移[12]，導(dǎo)致感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙長(zhǎng)度發(fā)生變化，這種變化將會(huì)影響磁導(dǎo)，引起電機(jī)磁鏈產(chǎn)生一種周期性脈沖。具體故障機(jī)理如下。

根據(jù)軸承外圈固定的電機(jī)結(jié)構(gòu)，BLODT 等[13]提出了軸承故障狀態(tài)下的氣隙偏心模型，即當(dāng)滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)時(shí)，電機(jī)氣隙長(zhǎng)度將發(fā)生短暫的靜態(tài)偏心。假設(shè)電機(jī)軸承正常，且不考慮定轉(zhuǎn)子開(kāi)槽的影響，此時(shí)，在定轉(zhuǎn)子完全對(duì)中狀態(tài)下氣隙長(zhǎng)度為定常數(shù)g0。相對(duì)地，當(dāng)軸承發(fā)生缺陷且滾動(dòng)體每次經(jīng)過(guò)缺陷點(diǎn)時(shí)，氣隙長(zhǎng)度可以近似地表示為g(θ,t)=g0[1-eccos(α)]。其中，ec為定轉(zhuǎn)子相對(duì)偏心率，這將導(dǎo)致氣隙動(dòng)態(tài)偏心，此時(shí)，氣隙長(zhǎng)度可表示為

式中：θ為定子參考坐標(biāo)系下的軸承缺陷的初始相位；k為整數(shù)；fc為對(duì)應(yīng)軸承缺陷位置的通過(guò)頻率，其表達(dá)式如下：

式中：φ(t)為滾動(dòng)體與軸承缺陷接觸時(shí)的角相位[13]：

fr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率；fcage為保持架旋轉(zhuǎn)角頻率；Nb為滾動(dòng)體個(gè)數(shù)；Db為滾動(dòng)體直徑；Dc為軸承中徑；β為滾動(dòng)體接觸角。

以外圈缺陷為例進(jìn)行說(shuō)明，外圈缺陷一般發(fā)生在電機(jī)承載區(qū)位置，因此，參考坐標(biāo)系可選擇承載區(qū)為坐標(biāo)零相位點(diǎn)。此時(shí)，θ=0，φ(t)=0，滾動(dòng)體每次經(jīng)過(guò)外圈缺陷點(diǎn)將會(huì)引起氣隙長(zhǎng)度變化，如圖1所示。在定轉(zhuǎn)速下滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)外圈是等周期的，其周期為其中，fo對(duì)應(yīng)式(2)中考慮外圈情況時(shí)fc的定義，為滾動(dòng)體相對(duì)外圈的通過(guò)頻率，則氣隙長(zhǎng)度變化也是等周期，如圖2所示。

圖1 軸承缺陷引起轉(zhuǎn)子徑向位移Fig.1 Bearing defects cause rotor radial displacement

圖2 氣隙長(zhǎng)度變化規(guī)律Fig.2 Air gap length variation law

由于磁導(dǎo)與氣隙長(zhǎng)度呈反比，則軸承故障時(shí)，磁導(dǎo)Λ可以表達(dá)式為

式中：Λ0=μ/g0，為無(wú)偏心狀態(tài)下電機(jī)氣隙磁導(dǎo)；μ為氣隙磁導(dǎo)率。

對(duì)式(4)進(jìn)行傅里葉分解可得磁導(dǎo)的簡(jiǎn)化表達(dá)式[14-16]：

式中：c0和ck為傅里葉奇數(shù)系數(shù)。

當(dāng)只考慮驅(qū)動(dòng)電源中的基頻磁動(dòng)勢(shì)的影響時(shí)，感應(yīng)電機(jī)的總磁動(dòng)勢(shì)Ftot可以表示為

式中：p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；?為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的初始角度；F為磁動(dòng)勢(shì)基頻幅值。

據(jù)式(5)和式(6)，可得磁通密度的表達(dá)式：

式中：Bk為磁通密度的幅值；fs為電機(jī)電流基頻。

此時(shí)，磁鏈ψ則可用磁通密度為

式中：S為磁場(chǎng)面積；N為線(xiàn)圈匝數(shù)。

從式(8)可知，由軸承故障引起的轉(zhuǎn)子偏心將作用在電機(jī)磁鏈上，即磁鏈包含因軸承故障導(dǎo)致的特定故障頻率分量，這種特定的故障頻率分量可表達(dá)為

將式(2)和式(3)代入式(9)，則可得到磁鏈中的軸承故障特征分量：

式中：fi和fb分別對(duì)應(yīng)式(2)中考慮內(nèi)圈和滾動(dòng)體情況下的通過(guò)頻率。

2 改進(jìn)峰值能量法

峰值能量法是由Emerson公司提出的一項(xiàng)新型信號(hào)采集與處理技術(shù)，它用于解調(diào)機(jī)械設(shè)備激勵(lì)出的周期性沖擊信號(hào)，可以有效檢測(cè)出軸承和齒輪箱故障[17]。相對(duì)于傳統(tǒng)共振解調(diào)法，它能夠發(fā)現(xiàn)故障初期潛在的低能量異常信號(hào)，從而能夠準(zhǔn)確地反映故障根源及其嚴(yán)重程度。改進(jìn)峰值能量法的優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)過(guò)程具體如下。

1)選擇合適的濾波器。一般選擇高通或者帶通濾波器，將機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)的低頻分量濾除，保留中高頻段信號(hào)，傳統(tǒng)濾波器帶寬的選擇主要依賴(lài)于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，若濾波器選擇不合理，則難以檢測(cè)出微弱的異常信號(hào)分量。為此，本文引入快速峭度譜指標(biāo)(式(11))，獲得實(shí)時(shí)信號(hào)的沖擊信號(hào)較強(qiáng)的頻段，并以此頻段作為帶通濾波器的頻帶范圍，實(shí)現(xiàn)濾波器參數(shù)的自適應(yīng)選擇。

式中：cik(n)為信號(hào)通過(guò)第k個(gè)分解層的第i個(gè)濾波器的復(fù)包絡(luò)。

2)提取濾波后的信號(hào)峰值，即選用固定時(shí)長(zhǎng)的移動(dòng)窗將原始信號(hào)截?cái)酁镸個(gè)大小相同的數(shù)據(jù)序列，并在每個(gè)數(shù)據(jù)序列上計(jì)算峰值。在固定時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)序列上保留峰值[18-20]。固定時(shí)長(zhǎng)一旦選定，就直接確定了峰值能量的分辨率，一般取1/(2.56fmax)，其中，fmax為待提取特征頻率的最大頻率。

3)進(jìn)一步對(duì)峰值提取信號(hào)在整個(gè)波形上進(jìn)行平方整流，獲得全波整流信號(hào)。

4)對(duì)全波整流信號(hào)進(jìn)行Hilbert 變換，其目的是檢測(cè)全波整流信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)，這也是峰值能量法的關(guān)鍵組成部分。具體實(shí)現(xiàn)原理如下。

假設(shè)原始窄帶信號(hào)x(t)為

式中：fs為載波頻率；a(t)為x(t)的包絡(luò)(即調(diào)幅信號(hào))；φ(t)為x(t)的相位調(diào)制信號(hào)。由于x(t)是窄帶信號(hào)，因此，a(t)也是窄帶信號(hào)，由此可設(shè)為

式中：fm為調(diào)幅信號(hào)a(t)的頻率分量；γm為fm的各初始相位。

對(duì)x(t)進(jìn)行Hilbert變換，求其解析信號(hào)z(t)，得到

設(shè)

則解析信號(hào)z(t)可重新表達(dá)為

對(duì)比x(t)表達(dá)式，得

進(jìn)一步采用相位解調(diào)求解頻率解調(diào)f(t)信號(hào)

由此可知，采用Hilbert 可以求解解析信號(hào)，獲得原始信號(hào)中的幅值解調(diào)a(t)、相位解調(diào)φ(t)及解頻率解調(diào)f(t)信號(hào)。

3 改進(jìn)牽引電機(jī)軸承故障診斷方法

軸承缺陷時(shí)引起定轉(zhuǎn)子氣隙產(chǎn)生等周期的偏心沖擊，轉(zhuǎn)子氣隙偏心又引起電機(jī)氣隙長(zhǎng)度變化，導(dǎo)致氣隙磁通受到幅值調(diào)制作用，調(diào)制后磁通又在磁鏈上感應(yīng)出相應(yīng)的中高頻諧波脈沖分量。為了提取磁鏈中特定的軸承故障特征分量，首先，通過(guò)磁鏈觀測(cè)器模型實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)磁鏈信號(hào)；然后，通過(guò)改進(jìn)峰值能量譜，從磁鏈信號(hào)中提取微弱軸承故障諧波脈沖分量，實(shí)現(xiàn)軸承故障診斷，其原理如圖3所示。

3.1 電機(jī)磁鏈觀測(cè)

以采集獲得的電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及重構(gòu)電壓信號(hào)作為模型輸入，采用磁鏈觀測(cè)器模型，實(shí)時(shí)計(jì)算獲得電機(jī)磁鏈觀測(cè)值。采用異步電機(jī)全階U-N模型對(duì)磁鏈進(jìn)行觀測(cè)。

首先，采用PARK變換對(duì)實(shí)測(cè)的電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得α/β軸電流，其表達(dá)式為

圖3 基于改進(jìn)磁鏈峰值能量法的軸承故障診斷流程圖Fig.3 Flow chart of bearing fault diagnosis based on improved flux peak energy spectrum

然后，將α/β軸電流帶入牽引電機(jī)觀測(cè)器模型，結(jié)合異步電機(jī)閉環(huán)狀態(tài)觀測(cè)器表達(dá)式，如式(22)，

反饋矩陣取

進(jìn)一步將反饋矩陣式(23)代入式(22)，可得[5]

對(duì)應(yīng)的全階磁鏈觀測(cè)器框圖如4所示。

圖4 全階磁鏈觀測(cè)器模型結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of full-order flux linkage observer model

3.2 采用改進(jìn)峰值能量譜檢測(cè)軸承故障特征分量

1)計(jì)算電機(jī)磁鏈觀測(cè)信號(hào)的峭度譜指標(biāo)，選取峭度譜指標(biāo)最大的頻段作為帶通濾波器參數(shù)，并對(duì)磁鏈觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，將低頻高幅的電機(jī)電流基頻及其等低頻諧波分量濾除，保留有效的中高頻諧波脈沖信號(hào)。

2)選用固定時(shí)長(zhǎng)的移動(dòng)窗，提取每個(gè)移動(dòng)窗內(nèi)的峰值作為波形的1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得全波信號(hào)。

3)對(duì)全波信號(hào)進(jìn)行平方處理，獲得整流信號(hào)，并對(duì)平方整流后的信號(hào)進(jìn)行Hilbert 變換，獲得包絡(luò)解調(diào)信號(hào)。

4)對(duì)包絡(luò)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行FFT 變換，獲得磁鏈峰值能量法，提取出軸承故障的特征頻率分量，實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)軸承內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體故障診斷。

4 試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果分析

4.1 故障模擬試驗(yàn)驗(yàn)證

軸承故障模擬試驗(yàn)采用牽引電機(jī)傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，電機(jī)選用某地鐵用異步牽引電機(jī)，額定功率為192 kW，磁極對(duì)數(shù)為2，采用Y型接法。電機(jī)非傳動(dòng)端軸承型號(hào)為HC6215，傳動(dòng)端軸承型號(hào)為NU216。

電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速及中間電壓等信號(hào)由牽引控制單元(driver control unit，DCU)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。基于上述采集信號(hào)，DCU 首先對(duì)電機(jī)三相電壓進(jìn)行重構(gòu)獲得三相重構(gòu)電壓，同時(shí)對(duì)三相電流進(jìn)行PARK變換獲得α/β電流；然后，采用式(24)中的全階電機(jī)磁鏈觀測(cè)器模型計(jì)算獲得電機(jī)磁鏈信號(hào)。

本次試驗(yàn)?zāi)M2類(lèi)軸承缺陷，分別是非傳動(dòng)端軸承滾動(dòng)體和非傳動(dòng)端軸承內(nèi)圈故障。滾動(dòng)體故障軸承為現(xiàn)場(chǎng)搜集的電腐蝕故障軸承，內(nèi)圈故障為人為在內(nèi)圈滾道表面預(yù)置缺陷孔，軸承故障缺陷圖片如圖5所示。

圖5 軸承故障缺陷圖片F(xiàn)ig.5 Bearing fault picture

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，對(duì)牽引電機(jī)滾動(dòng)體缺陷工況下的實(shí)時(shí)磁鏈信號(hào)進(jìn)行峰值能量譜分析。以電機(jī)轉(zhuǎn)速為2 400 r/min為例，按照式(10)計(jì)算軸承滾動(dòng)體故障特征頻率，牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承滾動(dòng)體故障時(shí)磁鏈中的特征頻率為227.98，164.57，291.39，131.39，324.57，392.56，519.37，552.56和620.53 Hz。

采用本文所提出的磁鏈峰值能量法算法對(duì)磁鏈信號(hào)進(jìn)行變換，即首先對(duì)磁鏈原始波形進(jìn)行帶通濾波，然后對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行峰值檢波處理，每個(gè)階段的波形圖如圖6所示。

圖6 磁鏈信號(hào)濾波及峰值檢波后的波形圖Fig.6 Waveform diagram after flux signal filtering and peak detection

對(duì)峰值檢波后的信號(hào)進(jìn)行FFT 變換獲得磁鏈峰值能量法，如圖7(a)所示。從圖7(a)可知：磁鏈峰值能量法中出現(xiàn)明顯的非傳動(dòng)端滾動(dòng)體故障特征頻率|fs+fcage+fb|和|fs-fcage+fb|分量。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本文所提方法的有效性，選取正常的相同型號(hào)軸承在同轉(zhuǎn)速同負(fù)載工況下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，同樣采用本文所提方法計(jì)算磁鏈峰值能量E，如圖7(b)所示。從圖7(b)中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的非傳動(dòng)端軸承故障特征頻率分量，表明利用磁鏈信號(hào)分析軸承故障結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

同樣地，對(duì)牽引電機(jī)內(nèi)圈缺陷工況下的實(shí)時(shí)磁鏈信號(hào)進(jìn)行峰值能量譜分析。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 740 r/min 時(shí)，根據(jù)式(10)，計(jì)算出牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承內(nèi)圈故障在磁鏈中的特征頻率為157.0，248.37，294.0，339.73，431.09，451.05，542.41，633.78，725.14和745.10 Hz。

通過(guò)分析磁鏈信號(hào)，獲得的峰值能量譜如圖7(c)所示。從圖7(c)可見(jiàn)：在294.7 Hz和340.7 Hz處出現(xiàn)明顯內(nèi)圈故障特征分量，正常電機(jī)在磁鏈峰值能量法中沒(méi)有出現(xiàn)該頻率分量，說(shuō)明這些特征分量是內(nèi)圈缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)偏心引起的，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

圖7 不同故障工況下的磁鏈峰值能量法Fig.7 Peak energy spectrum of flux linkage under different fault conditions

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證本方法的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果，先后在CR400AF 滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和某地鐵線(xiàn)城軌車(chē)輛上進(jìn)行盲測(cè)驗(yàn)證。相對(duì)于軸承故障模擬試驗(yàn)臺(tái)而言，CR400AF 滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和地鐵城軌車(chē)輛現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)驗(yàn)證工況更接近實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景，更能夠驗(yàn)證算法的實(shí)際應(yīng)用效果。

基于CR400AF 滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)展了5 次盲測(cè)試驗(yàn)，根據(jù)本文所提方法分析盲測(cè)過(guò)程中所采集數(shù)據(jù)，在電機(jī)軸承不同故障模式下，分別求取磁鏈觀測(cè)信號(hào)的峰值能量譜，如表1所示。然后，提取軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架故障特征頻率處的幅值，以此作為軸承故障診斷的判據(jù)。

1)若軸承某部位故障特征頻率處出現(xiàn)明顯偏高的幅值，則說(shuō)明軸承該位置出現(xiàn)缺陷。

2)若在峰值能量譜中發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)體故障特征頻率處幅值明顯偏大，則診斷為滾動(dòng)體故障。

3)若在峰值能量譜中發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈故障特征頻率處幅值明顯偏大，則診斷為內(nèi)圈故障。

4)若在峰值能量譜中同時(shí)發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)體和內(nèi)圈故障特征頻率處幅值明顯偏大，則診斷為滾動(dòng)體和內(nèi)圈混合故障。最后，對(duì)比診斷結(jié)果與軸承真實(shí)故障情況，驗(yàn)證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。盲測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明：本文所提方法的5次診斷結(jié)果均與實(shí)際故障結(jié)果一致。

此外，2020-01-06—2020-04-10，在某地鐵線(xiàn)上完成36 列城軌車(chē)輛裝車(chē)應(yīng)用，涉及144 輛動(dòng)車(chē)，采用本文所提方法計(jì)算車(chē)載實(shí)時(shí)磁鏈數(shù)據(jù)的峰值能量譜，并自動(dòng)檢測(cè)軸承故障特征頻率處的幅值明顯程度，總計(jì)診斷出3輛動(dòng)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承外圈和滾動(dòng)體混合故障特征，如表2所示，診斷結(jié)果為上述3輛動(dòng)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承出現(xiàn)外圈和滾動(dòng)體混合故障。經(jīng)軸承拆解，發(fā)現(xiàn)軸承外圈出現(xiàn)明顯的“搓衣板”狀故障缺陷，滾動(dòng)體表面出現(xiàn)明顯的局部剝落，3次診斷結(jié)果均與真實(shí)故障一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了本算法在實(shí)際工程應(yīng)用中的診斷準(zhǔn)確性和有效性。

表1 CR400AF滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)軸承故障盲測(cè)結(jié)果Table 1 Blind test results of bearing faults on CR400AF rolling test bench

表2 城軌車(chē)輛現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)驗(yàn)證結(jié)果Table 2 Results of on-site loading verification of urban rail vehicles

5 結(jié)論

針對(duì)軌道交通大功率牽引電機(jī)軸承故障診斷難題，本文提出了一種改進(jìn)磁鏈峰值能量法的新型軸承故障診斷方法。首先分析了軸承故障機(jī)理，構(gòu)建了軸承故障與磁鏈特征譜的映射關(guān)系，采用牽引電機(jī)全階狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行磁鏈等信號(hào)的實(shí)時(shí)觀測(cè)和計(jì)算，通過(guò)對(duì)磁鏈信號(hào)進(jìn)行峰值平方整流和包絡(luò)解調(diào)等處理，提取軸承故障磁鏈峰值能量法特征，解決了軸承故障微弱信號(hào)的提取難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸承外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體等部位的精確診斷，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，本文所提的方法可有效實(shí)現(xiàn)軸承故障的精準(zhǔn)診斷。