金属矿山 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (10): 149-158.
权国辉1 邰金华2 张庆莉3 薛春霞1
QUAN Guohui1 TAI Jinhua2 ZHANG Qingli3 XUE Chunxia1
摘要: 针对矿山皮带输送机滚动轴承故障振动信号噪声大、故障特征提取困难的问题,提出了一种结合信号
优化预处理与深度学习的故障识别模型。该模型首先利用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)优化的
变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)方法,对原始振动信号进行自适应降噪与重构以精准提取故障特
征。然后,将重构后的信号转换为二维灰度图,作为模型的输入。最后,在识别分类阶段构建了一种改进的Extreme
Inception (Xception)和卷积神经网络(Extreme Inception and Convolutional Neural Network,Xception-CNN)模型。该模型
融合了Xception 架构的深度可分离卷积优点以更高效地利用计算资源,同时引入了通道注意力机制以增强对关键故
障特征的关注,并嵌入残差学习模块以缓解深层网络的梯度消失问题,最终实现端到端的故障状态智能分类。结果
表明:Xception-CNN 故障识别模型在测试集上实现了98. 61%的最高识别准确率,F1 分数达到0. 985;在强噪声(信噪
比为10 dB)干扰下,该模型准确率仍保持在98. 61%,显著优于对比方法,具有较好的鲁棒性。同时,模型参数量仅为
42. 7 MB,单样本推理耗时仅12. 3 ms,在保证高精度的同时具备良好的工程应用效率。
中图分类号: