齿轮箱的故障诊断方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及故障诊断，具体涉及一种齿轮箱的故障诊断方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、齿轮箱是涡扇发动机重要的传动子系统，传统三转子和双转子涡扇发动机里有agb(accessory gear box，附件齿轮箱)、tgb(transitional gear box，过渡齿轮箱)等；显然，agb的监测对于保证发动机安全、可靠地运行具有重要意义。在新的gtf(geared turbofan，齿轮减速涡轮风扇)发动机构型里，在低压涡轮和风扇之间引入了一个星齿轮减速齿轮箱，针对该齿轮箱的故障检测与预测对于该构型齿轮箱的安全运行具有重要意义。

2、传统的齿轮箱的故障诊断方案采用安装在输入输出轴、齿轮箱表面、及发动机其他位置的振动传感器信号来进行行星齿轮箱和星齿轮箱的故障诊断与预测。但是会存在以下问题：(1)发动机机械系统非常复杂，所以在低于20khz的频率范围里振动信号污染严重，单纯基于该频段振动信号的故障诊断漏检、虚警率较高；(2)基于单一信号的诊断精度和结果可信度都较差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中齿轮箱的故障诊断结果不准确的缺陷，提供一种齿轮箱的故障诊断方法、系统、设备及介质。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、本发明提供一种齿轮箱的故障诊断方法，所述故障诊断方法包括：

4、获取所述齿轮箱的预设参数信号；其中，所述预设参数信号包括所述齿轮箱的输入轴和输出轴之间的转速差信号、以及所述输入轴、所述输出轴、所述齿轮箱的箱体分别对应的振动信号和声信号中的至少一种；

5、获取所述预设参数信号对应目标时域信号；其中，所述目标时域信号包括参数时域残差信号和/或参数时域差异信号；

6、计算得到所述目标时域信号对应的目标信号峭度值；

7、判断所述目标信号峭度值是否满足第一故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

8、较佳地，在所述目标时域信号包括所述参数时域残差信号时，所述获取所述预设参数信号对应目标时域信号的步骤包括：

9、对所述预设参数信号进行频域分析以获取参数频域信号；

10、基于所述参数频域信号计算得到参数频域残差信号；

11、基于所述参数频域残差信号计算得到所述参数时域残差信号；

12、所述计算得到所述目标时域信号对应的目标信号峭度值的步骤包括：

13、基于所述参数时域残差信号计算得到残差信号峭度值。

14、较佳地，在所述目标时域信号包括所述参数时域差异信号时，所述获取所述预设参数信号对应目标时域信号的步骤包括：

15、基于所述参数频域残差信号计算得到参数频域差异信号；

16、基于所述参数频域差异信号计算得到所述参数时域差异信号；

17、所述计算得到所述目标时域信号对应的目标信号峭度值的步骤包括：

18、基于所述参数时域差异信号计算得到差异信号峭度值。

19、较佳地，所述基于所述参数频域信号计算得到参数频域残差信号的步骤包括：

20、计算得到所述参数频域信号与所述齿轮箱中齿轮所在转轴的转速频率、齿轮的啮合频率、所述转速频率的高次谐波成分、所述啮合频率的高次谐波成分之间的第一差值，将所述第一差值作为所述参数频域残差信号；

21、所述基于所述参数频域残差信号计算得到所述参数时域残差信号的步骤包括：

22、对所述参数频域残差信号进行傅里叶逆变换，以获取所述参数时域残差信号。

23、较佳地，所述基于所述参数频域残差信号计算得到参数频域差异信号的步骤包括：

24、计算得到所述参数频域残差信号与设定阶边频带内的信号的第二差值，将所述第二差值作为获取参数频域差异信号；

25、所述基于所述参数频域差异信号计算得到所述参数时域差异信号的步骤包括：

26、对所述参数频域差异信号进行傅里叶逆变换，以获取所述参数时域差异信号。

27、较佳地，当所述预设参数信号为所述转速差信号时，所述故障诊断方法还包括：

28、计算得到所述转速差信号对应的转速差时间导数；

29、判断所述转速差时间导数是否满足第二故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

30、较佳地，所述故障诊断方法还包括：

31、获取所述齿轮箱内齿轮的特征频率处的啮合频率关联参数；

32、其中，所述特征频率包括所述齿轮的啮合频率和/或所述啮合频率对应的超次谐波，所述啮合频率关联参数包括所述特征频率对应的幅值和/或所述幅值对应的统计特性；

33、判断所述啮合频率关联参数是否满足第三故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

34、较佳地，所述故障诊断方法还包括：

35、基于所述齿轮的啮合频率、所述啮合频率对应的超次谐波和齿轮轴的转速频率，计算得到边频带能量参数；

36、其中，所述边频带能量参数包括各阶边频带总能量和/或所述各阶边频带总能量的总和；

37、判断所述边频带能量参数是否满足第四故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

38、较佳地，所述故障诊断方法还包括：

39、基于预设融合算法将所述目标信号峭度值、所述转速差时间导数、所述啮合频率关联参数和所述边频带能量参数中的至少两种进行融合以获取齿轮箱故障诊断健康指示；其中，所述齿轮箱故障诊断健康指示用于表征所述齿轮箱的故障诊断结果

40、较佳地，所述故障诊断方法还包括：

41、基于所述第一故障判断条件、所述第二故障判断条件、所述第三故障判断条件和所述第四故障判断条件中的至少一种以设置多级告警阈值；其中，不同的所述告警阈值对应不同的告警信息

42、较佳地，所述幅值的统计特性包括平均值、分散度、偏度中的至少一种；

43、和/或，

44、所述告警阈值包括警告阈值和报警阈值；

45、和/或，

46、所述预设融合算法包括加权平均算法、d-s证据理论算法(一种信息融合算法)。

47、较佳地，所述基于所述参数时域差异信号计算得到差异信号峭度值中计算所述残差信号峭度值的计算公式为：

48、

49、其中，i为正整数，ri为第i个残差信号，为残差信号平均值，r为残差信号；

50、和/或，

51、所述基于所述参数时域差异信号计算得到差异信号峭度值中计算所述差异信号峭度值的计算公式为：

52、

53、其中，i为正整数，di为第i个差异信号，为差异信号平均值。

54、较佳地，所述边频带总能量的计算公式为：

55、

56、其中，i为正整数，cife(1：i)为第i阶的边频带总能量，ωg是齿轮啮合频率，m是边频带宽度定义阶数，ωs是相应齿轮轴转速频率。

57、本发明还提供一种齿轮箱的故障诊断系统，所述故障诊断系统包括：

58、参数信号获取模块，用于获取所述齿轮箱的预设参数信号；其中，所述预设参数信号包括所述齿轮箱的输入轴和输出轴之间的转速差信号、以及所述输入轴、所述输出轴、所述齿轮箱的箱体分别对应的振动信号和声信号中的至少一种；

59、目标时域信号获取模块，用于获取所述预设参数信号对应目标时域信号；其中，所述目标时域信号包括参数时域残差信号和/或参数时域差异信号；

60、计算模块，用于计算得到所述目标时域信号对应的目标信号峭度值；

61、判断模块，用于判断所述目标信号峭度值是否满足第一故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

62、较佳地，在所述目标时域信号包括所述参数时域残差信号时，所述目标时域信号获取模块还用于，对所述预设参数信号进行频域分析以获取参数频域信号；

63、基于所述参数频域信号计算得到参数频域残差信号；

64、基于所述参数频域残差信号计算得到所述参数时域残差信号；

65、所述计算模块还用于，基于所述参数时域残差信号计算得到残差信号峭度值。

66、较佳地，在所述目标时域信号包括所述参数时域差异信号时，所述目标时域信号获取模块还用于，基于所述参数频域残差信号计算得到参数频域差异信号；

67、基于所述参数频域差异信号计算得到所述参数时域差异信号；

68、所述计算模块还用于，基于所述参数时域差异信号计算得到差异信号峭度值。

69、较佳地，所述目标时域信号获取模块，还用于计算得到所述参数频域信号与所述齿轮箱中齿轮所在转轴的转速频率、齿轮的啮合频率、所述转速频率的高次谐波成分、所述啮合频率的高次谐波成分之间的第一差值，将所述第一差值作为所述参数频域残差信号；

70、对所述参数频域残差信号进行傅里叶逆变换，以获取所述参数时域残差信号。

71、较佳地，所述目标时域信号获取模块，还用于计算得到所述参数频域残差信号与设定阶边频带内的信号的第二差值，将所述第二差值作为获取参数频域差异信号；

72、对所述参数频域差异信号进行傅里叶逆变换，以获取所述参数时域差异信号。

73、较佳地，当所述预设参数信号为所述转速差信号时，所述计算模块还用于，计算得到所述转速差信号对应的转速差时间导数；

74、所述判断模块，还用于判断所述转速差时间导数是否满足第二故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

75、较佳地，所述故障诊断系统还包括：

76、啮合频率获取模块，用于获取所述齿轮箱内齿轮的特征频率处的啮合频率关联参数；

77、其中，所述特征频率包括所述齿轮的啮合频率和/或所述啮合频率对应的超次谐波，所述啮合频率关联参数包括所述特征频率对应的幅值和/或所述幅值对应的统计特性；

78、所述判断模块，还用于判断所述啮合频率关联参数是否满足第三故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

79、较佳地，所述故障诊断系统还包括：

80、边频带能量获取模块，用于基于所述齿轮的啮合频率和所述啮合频率对应的超次谐波、齿轮轴的转速频率，计算得到边频带能量参数；其中，所述边频带能量参数包括各阶边频带总能量和/或所述各阶边频带总能量的总和；

81、所述判断模块，还用于判断所述边频带能量参数是否满足第四故障判断条件，若是，则确定所述齿轮箱中发生故障。

82、较佳地，所述故障诊断系统还包括：

83、故障融合模块，用于基于预设融合算法将所述目标信号峭度值、所述转速差时间导数、所述啮合频率关联参数和所述边频带能量参数中的至少两种进行融合以获取齿轮箱故障诊断健康指示；其中，所述齿轮箱故障诊断健康指示用于表征所述齿轮箱的故障诊断结果。

84、较佳地，所述故障诊断系统还包括：

85、告警阈值设置模块，用于基于所述第一故障判断条件、所述第二故障判断条件、所述第三故障判断条件和所述第四故障判断条件中的至少一种以设置多级告警阈值；其中，不同的所述告警阈值对应不同的告警信息。

86、较佳地，所述幅值的统计特性包括平均值、分散度、偏度中的至少一种；

87、和/或，

88、所述告警阈值包括警告阈值和报警阈值；

89、和/或，

90、所述预设融合算法包括加权平均算法、d-s证据理论算法。

91、较佳地，所述残差信号峭度值的计算公式为：

92、

93、其中，i为正整数，ri为第i个残差信号，为残差信号平均值，r为残差信号；

94、和/或，

95、所述差异信号峭度值的计算公式为：

96、

97、其中，i为正整数，di为第i个差异信号，为差异信号平均值。

98、较佳地，所述边频带总能量的计算公式为：

99、

100、其中，i为正整数，cife(1：i)为第i阶的边频带总能量ωg是齿轮啮合频率，m是边频带宽度定义阶数，ωs是相应齿轮轴转速频率。

101、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现如上所述的齿轮箱的故障诊断方法。

102、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的齿轮箱的故障诊断方法。

103、本发明的积极进步效果在于：通过获取齿轮箱的预设参数信号，并基于预设参数信号获取对应目标时域信号，以计算得到目标时域信号对应的目标信号峭度值，进而判断目标信号峭度值是否满足第一故障判断条件，从而能够实现对齿轮箱的故障进行及时、高效且高精确诊断，有效避免了漏检、误检的情形，提高齿轮箱运行的安全性和可靠性。