تشخیص عیب یاتاقان چرخ اتوبوس مسافربری به کمک سیگنال‌های ارتعاشی با استفاده از یادگیری ماشین

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1110-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان
2دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
تشخیص عیوب یاتاقان‌های چرخ اتوبوس‌ها به دلیل تأثیر مستقیم بر ایمنی و کارایی سیستم‌های حمل و نقل عمومی و همچنین کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات یک چالش مهم و ضروری است. خرابی یاتاقان چرخ می‌تواند منجر به توقف‌های ناگهانی، افزایش هزینه‌های تعمیرات و درصورت عدم تشخیص به موقع می‌تواند باعث بروز حوادث خطرناکی از جمله قفل شدن چرخ‌ها و یا لق شدن آن‌ها شود. این پژوهش با هدف استفاده از ابزارهای یادگیری ماشین برای کاربری خاص که تشخیص هوشمند عیب یاتاقان چرخ اتوبوس است، انجام شده است. داده‌های ارتعاشی از یاتاقان‌ چرخ اتوبوس‌ در جاده و در شرایط عملیاتی واقعی با استفاده از یک حسگر دقیق جمع‌آوری و تحلیل شدند تا از تطابق مدل‌های توسعه‌یافته با شرایط واقعی اطمینان حاصل شود. ابتدا داده‌ها پیش‌پردازش شدند و ویژگی‌های کلیدی شامل پارامترهای آماری استخراج شدند. سپس، از الگوریتم‌های یادگیری ماشین شامل ماشین بردار پشتیبان، یادگیری جمعی مبتنی بر ماشین بردار پشتیبان و K-نزدیک‌ترین همسایه برای توسعه مدل‌های تشخیص عیب استفاده شدند. مدل‌ها با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده آموزش داده شدند و سپس با استفاده از داده‌های آزمون ارزیابی گردیدند. نتایج نشان داد که مدل‌های ماشین بردار پشتیبان با کرنل شعاعی و یادگیری جمعی بر پایه ماشین بردار پشتیبان و کرنل شعاعی عملکرد بهتری در تشخیص عیب یاتاقان‌ داشتند و دقت تشخیص بالاتری ارائه دادند. این مدل‌ها قادر به شناسایی زودهنگام عیب بودند و توانستند از خرابی‌های ناگهانی جلوگیری کنند. استفاده از روش‌های پیشرفته یادگیری ماشین در این پژوهش به‌طور مؤثری به بهبود ایمنی، کاهش هزینه‌های نگهداری و افزایش بهره‌وری سیستم‌های حمل و نقل عمومی کمک می‌کند. این تحقیق نشان‌دهنده پتانسیل بالای روش‌های پردازش سیگنال و یادگیری ماشین در بهبود عملکرد و ایمنی سیستم‌های مکانیکی پیچیده در شرایط عملیاتی و واقعی است.
کلیدواژه ها
 
Title
ّFault diagnosis of wheelset bearing of passenger bus with vibration signals using machine learning
Authors
Ali Akbari, Reza Tikani
Abstract
The detection of bus wheelset bearing defects is a critical and essential challenge due to its direct impact on the safety and efficiency of public transportation systems, as well as the reduction of maintenance and repair costs. Bearing failures can lead to sudden stoppages, increased repair expenses, and, if not detected in time, can result in hazardous incidents such as wheel lockups or looseness. This study aims to leverage machine learning tools for the specific application of intelligent fault detection in bus wheelset bearings. Vibration data from bus wheelset bearings were collected and analyzed under real road and operational conditions using precise sensors to ensure that the developed models align with real-world scenarios. Initially, the data underwent preprocessing, and key features, including statistical parameters, were extracted. Subsequently, machine learning algorithms, including Support Vector Machines (SVM), Ensemble Learning based on SVM, and K-Nearest Neighbors (KNN), were employed to develop fault detection models. The models were trained on the collected data and then evaluated on test datasets. The results demonstrated that SVM models with radial basis function (RBF) kernels and Ensemble Learning based on SVM with RBF kernels outperformed other methods in detecting bearing faults, offering higher detection accuracy. These models were capable of early fault detection and could effectively prevent sudden failures. The application of advanced machine learning techniques in this study contributes significantly to improving safety, reducing maintenance costs, and enhancing the efficiency of public transportation systems. This research underscores the high potential of signal processing and machine learning methods in enhancing the performance and safety of complex mechanical systems under operational and real-world conditions.
Keywords
Experimental Data Acquisition, Fault diagnosis, machine learning, Wheelset Bearing, signal processing, Support Vector Machine