基于EEMD-TEO熵的高速列车轴承故障诊断方法

为了解决高速列车轴承早期故障中低频信号的类间分离性较弱、保持架故障难以识别等的问题,提出了基于Teager能量算子（Teager energy operator,TEO）聚合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）熵的自适应诊断方法.该方法将EEMD、样本熵、TEO相结合,利用EEMD的自适应性得到固有模态（intrinic mode function,IMF）信号,用改进的TEO从IMF中提取得到样本熵,使用支持向量机（support vector machine,SVM）判断轴承工作状态与故障类型;讨论了EEMD能量熵、EEMD奇异值熵、EEMD-TEO时频熵生成的故障特征向量以及该向量在SVM中识别结果;对正常轴承、保持架故障、滚动体故障3种状态的轴承样本数据进行了故障诊断.研究结果表明:对3种轴承的故障识别率可以达到98%,较传统的经验模态熵识别率提高了2.6%,该方法可用作高速列车轴承状态诊断.      

基于深度时频特征的机车轴承故障诊断

针对现有机车轴承诊断方法存在故障特征提取不理想、诊断精度低等问题,提出了一种基于深度时频特征的机车轴承故障诊断新方法;利用双通道一维和二维卷积神经网络(CNN)分别对输入的一维原始信号和连续小波变换(CWT)提取的二维时频信号进行深度特征提取;为使输入的一维原始信号简单而有效地反映出信号在时域的全局特征,上通道使用一维CNN,为使输入的二维时频域信号能多角度地反映出信号的细微局部变化,下通道使用二维CNN;在融合层中将上下通道特征自动融合成一个新的深度时频特征,并将提取到的深度融合时频特征经归一化指数函数进行故障分类识别;在此基础上,分析了某局机务段实测的7种机车轴承数据,验证了本文方法的实际工程应用价值。研究结果表明:基于深度时频特征的机车轴承故障诊断方法对7种机车轴承故障的平均诊断精度达到了100%,与一维CNN模型、二维CNN模型和支持向量机(SVM)模型相比,平均诊断精度分别提高了0.7%、1.9%和2.2%;本文方法提取的深度时频特征中每类故障分布间隔规则有序,类内间距很小,而单个一维CNN模型和二维CNN模型提取的特征的每类故障分布间隔不规则,类内间距较大,说明基于深度时频特征的机车轴承故障诊断方法提取深度特征的能力优越,是一种解决机车轴承故障诊断问题的有效模型。      

基于ICEEMDAN-MPE和GWO-SVM的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障状态难以准确且快速的识别,提出了一种基于改进自适应噪声完备集成经验模态分解(Improved Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, ICEEMDAN)-多尺度排列熵(Multi-Scale Permutation Entropy, MPE)和灰狼算法优化支持向量机(Grey Wolf Optimization Algorithm-Support Vector Machine, GWO-SVM)结合的故障诊断方法。首先将轴承信号进行ICEEMDAN分解,然后选取其中相关性较大的IMF(Intrinsic Mode Function)分量计算多尺度排列熵构成特征集合,最后通过GWO-SVM算法进行故障状态识别。通过滚动轴承数据集和不同算法的对比实验,验证了ICEEMDAN-MPE-GWO-SVM方法的有效性,表明该方法可以准确且快速的诊断滚动轴承的故障情况。     

基于深度卷积自编码器和多尺度残差收缩网络的滚动轴承寿命状态识别

针对滚动轴承早期故障识别困难、退化性能难以准确评估的问题,提出了基于深度卷积自编码器(DCAE)和多尺度残差收缩网络(MSRSN)的滚动轴承寿命状态识别方法。首先,为获得清晰的故障特征频率及倍频,将原始数据样本转换为包络谱输入深度卷积自编码器中,实现轴承寿命状态特征的自动提取与表达,并基于多维尺度分析(MDS)算法约简寿命状态特征获得低维特征,然后计算低维特征空间内样本间的欧几里得距离(ED),即为轴承性能衰退评估指标;其次,为全面提取轴承性能衰退特征,提出了改进的多尺度残差收缩网络识别模型,并开发了ReLU与DropBlock正则化相结合的新激活策略增强模型的抗噪性;最后,将所提方法及对比方法应用于轴承全寿命实验数据。实验结果表明：笔者提出的性能衰退评估指标能够精准地识别轴承性能退化起始点以及刻画轴承的退化趋势,所提出的改进的多尺度残差收缩网络识别模型在S_SNR=-4～6 dB环境中平均识别正确率为91.75%,能够准确识别轴承寿命状态,验证了方法的实用性以及有效性。     

一种基于EMD的共振解调改进方法

针对传统共振解调方法中共振频带需要人为确定和故障轴承振动信号信噪比低的缺陷,提出了一种基于EMD算法的共振解调改进方法。该方法首先对轴承振动信号进行EMD分解,然后自适应地筛选出高频固有振动频率附近的基本模式分量（IMF）,并对单分量进行滤波处理,最后重构选取滤波后的基本模式分量,并对重构信号进行包络解调分析,得到故障特征频率和故障类型。滚动轴承故障诊断表明,改进方法不仅能够自适应地确定共振频带,而且可以有效地提取故障特征,识别故障类型。     

基于加权FCM算法的轴承故障诊断

提出一种基于特征评估和特征加权FCM算法的滚动轴承故障诊断方法．对原始振动信号提取时域、频域和小波包归一化能量特征，组成联合特征．然后对联合特征进行评价，计算类可分性评价指标．根据该指标大小选取敏感特征，进行特征加权模糊聚类分析，实现对轴承故障状态的自动识别．特征评估克服了传统方法在特征选择上的盲目性，特征加权提高了分类准确率．实例表明，该算法不仅可以可靠识别不同类型的滚动轴承故障，而且可以识别不同程度的故障．     

基于改进多尺度排列熵的S700K转辙机故障诊断

基于提速道岔S700K转辙机故障的功率曲线在频域上的多重特征,提出了基于改进多尺度排列熵的多变量支持向量机(structured support vector machine, SSVM)故障诊断方法.首先对S700K转辙机动作功率曲线进行集合经验模态分解和小波分解,获得两类不同时间尺度的模态分量;再利用改进多尺度排列熵计算不同分量的故障特征参数,为了降低计算维度,应用核主元分析理论,在不损失信号重要特征的情况下,取大于95%贡献率的特征值作为故障特征向量;最后,引入基于决策树的SSVM算法,经过小样本训练得到树状最优故障间隔面,从而实现S700K转辙机故障分类.实验结果表明:该方法可有效判定S700K转辙机故障类型,进而提高故障诊断精度和效率.     

基于机器学习的轴承故障分类方法研究

针对传统轴承故障诊断方法需要人为提取故障特征及依赖专家经验的问题,提出一种端到端的轴承故障诊断方法。将归一化的振动信号转换为二维图片,对图片分别进行均值滤波、高斯滤波、中值滤波和双边滤波的降噪预处理对比,最后选定中值滤波降噪方法。在改进LeNet-5模型的基础上,通过超参数设置,对全寿命轴承数据进行分类试验,平均精度达到97%,交叉熵损失达到0.06,分类效果明显。     

基于能量分析的列车轴承故障声发射信号研究

货车轴承早期微弱故障的声发射信号由于背景噪声干扰引起故障特征不明显,提出一种基于能量分析的故障声发射信号特征提取方法。采用铁路货车轮对轴承故障实验台进行测试,利用能量算子在检测信号瞬态冲击成分方面的优势,增强故障声发射信号中的瞬态冲击特征,通过信号瞬时能量的频谱识别特征频率,从而判断故障原因。实验结果验证了能量方法用于货车轴承声发射故障诊断的有效性。     

应用于轴承故障诊断的LMS自适应滤波器及其FPGA实现

在轴承信号当中,能反映轴承运行状态的信号总是掺杂着各种噪声,给故障特征的提取带来困难,基于最小均方(LMS)算法的自适应滤波器是去除噪声的首选方法。根据轴承故障信号的特点,以轴承故障信号的延时信号作为参考值,实时自适应调整滤波器不同时刻输出的权值来实现对轴承故障信号中噪声的滤除,并在此基础上给出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的实现方案。仿真结果表明,该方案对于轴承信号的降噪效果良好,应用于FPGA后,运行速率也得到了很大的提升,可以在实际的轴承故障诊断工程中加以运用。     

基于SVM-AdaBoost算法的轨道交通列车滚动轴承故障诊断

轨道交通列车走行部滚动轴承是关键且故障多发的部件之一,其工作状态直接影响列车的安全。故研究走行部滚动轴承故障诊断技术对保障列车安全可靠运营有着现实意义。通过设计轴承运行实验,尽可能逼近现场实际工况,采集信号,提取合理故障信号特征;提出一种轴承智能故障辨识算法,实现高精度的故障诊断。结果表明,此两种方法均具有较好的应用价值,能满足轴承故障诊断的技术需求。     

改进残差网络和迁移学习的齿轮箱故障诊断

针对齿轮箱故障诊断问题,提出一种基于多尺度特征提取与融合混合注意力机制的残差网络模型。该模型直接对原始振动信号进行特征提取,通过增加混合注意力机制来增加网络深度,提取关键信息,提高网络稳定性与故障识别准确率;串联首层多尺度特征提取模块,增加网络宽度,提取不同频率特征值的同时避免了梯度爆炸问题,最终故障诊断精度达到99.9%;通过噪声实验,验证网络具有较强鲁棒性。网络使用迁移学习的方式,解决了实际工业中数据量不足的问题,并验证了网络的泛化能力。所提网络具有公开性与实用性。     

基于虚拟样机技术的柴油机曲柄-连杆系统运动学及动力学仿真

以建立柴油机动力学虚拟样机为目的,使用内燃机动力学模拟软件GT-CRANK对铁路机车8V240ZJ型柴油机进行动力学建模,对比在不同的边界条件下,其各主轴径轴承的油膜厚度、轴心轨迹、功率损失等特性的变化规律,进而确定相对较好的设计参数,为机车柴油机的改进设计提供依据.     

远程通信铁路机车运用状态实时监测系统的研究

铁路机车运用状态实时监测系统将机车的运行信息、故障信息及机车的参数信息通过远程移动通信技术直接传输到地面监测系统，解决了长期以来铁路地面无法实时采集机车数据的问题，从而实现了对机车的远程实时监测。利用电子地图技术实现对运行机车自动跟踪、定位、轨迹实时显示；采用故障诊断专家系统设计思想对实时故障进行诊断处理、指导司机操作，确保行车安全；对机车参数信息进行存储、分析、；12总，为机车操纵人员和维修人员提供决策依据，为状态修提供原始数据。主要阐述了系统的总体架构及各模块的设计思想，可以为其他远程监测系统提供很好的解决方案。     

基于支持向量机的电控发动机故障诊断

为快速准确诊断出电控发动机故障,达到较强的故障有效识别水平,提出振动信号分析与支持向量机(support vector machine,SVM)相结合的故障诊断方法。将振动信号的偏度、峰峰值以及由小波分析理论与熵原理结合得到的小波能谱熵作为实验样本的三维特征向量,并将提取到的故障三维特征向量作为训练样本和测试样本输入到SVM模型进行训练和诊断,并利用BP神经网络进行对比验证。结果显示:采用该方法进行故障诊断时正确率达到90%,相比基于BP神经网络的故障诊断方法,基于SVM的电控发动机故障诊断方法在小样本的数据计算和预测中诊断精度较高、鲁棒性较强。     

参数优化VMD对变压器声音信号的故障诊断

变压器内部局放声音信号包含了设备故障特征信息,但是局放声音信号的非线性、非平稳性使得故障特征难以提取,因此现有基于声音信号识别变压器内部故障识别率低.为此,提出模拟退火优化变分模态分解—样本熵的特征提取方法,并与支持向量机结合进行变压器内部局放故障诊断.首先,基于模拟退火算法实现变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)的参数寻优;然后,采用最优参数设定VMD并对故障声音信号进行分解,得到包含故障特征的本征模态函数,进而求取各本征模态函数的样本熵作为对应样本的特征向量;最后,利用支持向量机实现特征向量的识别与分类.模拟实验结果表明,所提出的方法可以有效提取局放故障声音信号的特征,具有较好的故障识别率.     

基于振动诊断技术的机车辅机轴承故障检测探讨与实践

铁路现代化高速重载的发展对机车质量的要求也不断提高。运用振动检测技术对机车辅机轴承故障进行检测,对掌控机车质量是一种行之有效的检测方法。论文介绍了JL-601A机车走行部检测系统和JL-201A机车轴承便携式检测仪的检测原理,并选用振动加速度有效值及峭度系数作为评判轴承故障的简易诊断依据,对机车辅机轴承故障检测进行探讨与实践,并取得良好效果,提高了检修效率,保障行车安全。     

基于虚拟仪器的机车滚动轴承故障诊断研究

介绍了机车滚动轴承故障诊断的机理。利用LabVIEW软件和相关硬件,设计了一种机车滚动轴承故障诊断系统。该系统结合某一型号机车轮对,利用CompactDAQ和NI9233加速度采集模块采集滚动轴承振动信号。根据滚动轴承机理,振动信号包含滚动轴承故障信息。因此,运用小波变换函数,对振动信号进行时频域分析处理,获取有用的故障特征信息,进而确定故障类型。从实验结果可以看出,该方法能准确地找到故障频率,对于机车滚动轴承故障诊断有很好的指导意义。     

基于互相关奇异值分解的滚动轴承故障诊断

滚动轴承在机械装置中非常重要,其运行状态与整台机械设备的工作状态有直接的关系,但在早期弱故障检测时,特征信号经常被淹没在噪声中。为了提高该故障特征的识别精度,提出了基于互相关奇异值分解的故障诊断方法。首先利用奇异值分解将轴承故障信号分解为多个分量信号;其次使用峭度值作为衡量标准,选择两个合适的奇异值分量用于互相关包络分析以获得包络谱;最后通过信号的频谱分析,得到轴承的故障频率,从而完成早期微弱故障检测。通过仿真信号和滚动轴承内圈故障实测数据仿真对比,验证了该方法的有效性。     

轨道交通牵引动力传动系统动力学研究综述

为了提升轨道车辆牵引动力传动系统的动态服役性能,保障服役可靠性与安全性,分析了牵引动力传动系统的动力学研究现状与发展趋势,研究了齿轮动力学、滚动轴承动力学和机电耦合效应的分析理论与研究方法,探讨了其未来的研究重点和发展方向。研究结果表明:在牵引动力传动系统动力学研究中,主要采用集总参数法进行耦合动力学建模,重点考虑齿轮时变啮合刚度和轮轨激扰等动态激励,分析齿轮传动与车辆系统的耦合振动特性;在轨道机车车辆滚动轴承动力学研究中,主要分析了轴箱轴承、电机轴承、电机抱轴承、齿轮箱轴承4种不同滚动轴承的动态特性;正在逐步深入开展基于转子动力学和机电耦合效应的机车牵引电机控制策略、谐波转矩抑制、故障激励机理及特征的研究;牵引电机、齿轮传动、轴承等关键部件的研究相对独立,未充分考虑彼此间的动态耦合关系,尚未揭示动力学相互作用机制;在前期研究基础上,今后重点关注的主要研究方向是进一步考虑整车服役环境影响,深入研究牵引动力传动系统关键零部件的动态特性、载荷识别、疲劳寿命、故障机理、故障诊断、性能演变规律与状态监测,探索新型牵引动力传动系统动力学特性。