吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (5): 1465-1470.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180559

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基于多传感器数据融合的轨道车辆齿轮箱异常检测

刘玉梅1(),乔宁国1,庄娇娇1,刘鹏程1,胡婷1,陈立军2()   

  1. 1. 吉林大学 交通学院，长春 130022
    2. 吉林大学 大数据和网络管理中心，长春 130022
  • 收稿日期:2018-06-04 出版日期:2019-09-01 发布日期:2019-09-11
  • 通讯作者: 陈立军 E-mail:lymlls@163.com;clj@jlu.edu.cn
  • 作者简介:刘玉梅(1966-),女,教授，博士生导师.研究方向:轨道车辆工程,车辆智能化检测及诊断.E-mail:lymlls@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51575232);吉林省科技厅重点科技攻关项目(20160204018GX)

Anomaly detection of rail vehicle gearbox based on multi⁃sensor data fusion

Yu-mei LIU1(),Ning-guo QIAO1,Jiao-jiao ZHUANG1,Peng-cheng LIU1,Ting HU1,Li-jun CHEN2()   

  1. 1. College of Transportation, Jilin University, Changchun 130022, China
    2. Big Data and Network Management Center, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-06-04 Online:2019-09-01 Published:2019-09-11
  • Contact: Li-jun CHEN E-mail:lymlls@163.com;clj@jlu.edu.cn

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摘要：

针对轨道车辆齿轮箱监测测点多、数据量大、数据融合程度低等特点，提出一种基于相关函数融合算法与模糊C均值聚类结合的齿轮箱异常检测方法。相关函数融合算法用于将齿轮箱多个测点采集的振动信号融合为一个能全面反映齿轮箱运行状态的信号；对融合信号进行聚合经验模态分解，并计算奇异熵、能量熵；采用模糊C均值聚类算法对特征集进行簇划分，判断齿轮箱含有几类异常情况。通过实际线路运行数据的采集与分析，验证了本文方法的有效性。

关键词: 铁路运输, 轨道车辆, 齿轮箱异常检测, 相关函数融合算法, 模糊C均值聚类

Abstract:

Because the characteristics of many monitoring points, large data and low degree of data fusion of the gearbox in a rail vehicle, an anomaly detection method of the gearbox is proposed based on the correlation function fusion algorithm and fuzzy C means clustering. The correlation function fusion algorithm is employed to fuse the vibration signals collected from many monitoring points into a signal which can fully reflect the running state of the gearbox. The ensemble empirical mode decomposition (EEMD) method is applied to decompose the fused signal, and the energy entropy and singular entropy of the first n intrinsic mode functions (IMFs) are calculated. The fuzzy C means (FCM) clustering algorithm is employed to cluster the feature set to determine several abnormal situations in the gearbox. Through collection and analysis of the data during actual operation, the effectiveness of the proposed method is verified.

Key words: railway transportation, rail vehicle, anomaly detection of gearbox, correlation function fusion algorithm, fuzzy C means clustering

中图分类号: 

  • U260

图1

轨道车辆齿轮箱异常检测流程图"

图2

1轴输出端轴承外滚道剥离情况"

图3

齿轮箱上传感器测点"

图4

频谱图"

表1

信号间相关系数"

测点 1 2 3 4
1 1 0.4910 0.4008 0.4184
2 0.4910 1 0.6951 0.4473
3 0.4008 0.6951 1 0.4679
4 0.4184 0.4473 0.4679 1

图5

融合信号"

图6

融合信号频谱图"

图7

EEMD熵特征"

图8

C=2~4，FCM的聚类结果"

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