基于振动的高速列车轴承状态监测技术研究

为了消除高速列车滚动轴承传统人工检测手段的局限性,文章提出了一种基于振动信号的静态监测流程,谱峭度图算法被用于降低轴承振动信号的噪声干扰,利用包络分析可以提取滚动轴承的故障振动特征。通过实践测试验证了本文提出的高速列车轴箱轴承状态监测方法的有效性。     

高速列车垂向随机振动及减振器阻尼参数优化

根据考虑和不考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,通过方程变换,得到便于数值积分求解的高速列车垂向振动状态空间表达式。在此基础上,应用随机振动理论研究高速列车的垂向振动特性,并比较分析2种模型之间的差别;基于考虑轮对振动位移的高速列车垂向振动广义Ruzicka隔振模型,分析减振器阻尼参数对列车振动响应的影响,并以车体垂向振动加速度、二系悬挂垂向行程、构架垂向振动加速度、一系悬挂垂向行程均方根值为目标,应用评价函数法,建立高速列车垂向减振器阻尼参数优化方法。由分析结果可知,该优化方法可进一步改善列车的运行品质,为高速列车垂向减振器阻尼参数的选取提供了有益参考。     

基于LSTM网络高速列车悬挂系统故障预测方法研究

高速列车悬挂系统安全性对于整车安全运行非常重要,对悬挂系统进行全生命周期状态监测以预测其故障成为不可忽略的研究内容.当高速列车悬挂系统发生机械故障时,产生振动加速度,信号呈现非线性、非平稳特征.文章提出一种基于LSTM网络的高速列车悬挂系统故障预测方法,通过SIMPACK建立某型号高速列车整车模型,获得重要部件在各健康...     

轮轨激励下高速列车齿轮箱箱体振动特性分析研究

齿轮箱装置作为高速动车组牵引系统的重要传动设备,在运用过程中承受来自于轮轨激励的冲击作用。为探索高速列车齿轮箱箱体在轮轨激励下的振动特性,在武广客运专线对箱体进行线路试验,获得箱体在新轮和磨耗轮2种状态下的振动特性,并通过加速度幅值谱和定义等效加速度幅值的方法对比分析振动信号。试验结果表明,箱体在列车磨耗轮状态下的加速度振动幅值要低于新轮状态,其中横向、垂向振动幅值分别降低50%和67%,一定程度的磨耗改善该型箱体的振动特性;应用等效加速度幅值法获取箱体不同部位之间的振动关系,数据分析结果验证该方法的有效性和适用性。该研究对确保高速列车传动系统运用安全和箱体新型结构的设计提供参考。     

高速列车减振降噪技术研究

阐述了控制高速列车振动、噪声的必要性,提出了控制铁路列车振动噪声的基本对策,论述了高速列车声学优化设计的技术。     

基于SVD降噪和STFT解调方法的轴承故障检测

针对目前振动信号STFT解调方法在轴承故障检测应用中存在的不足,提出奇异值分解降噪与STFT解调相结合的轴承故障检测新方法。利用振动测试响应信号重构系统的相空间,得到吸引子轨迹矩阵,然后对轨迹矩阵进行奇异值分解以剔除噪声,并利用STFT技术对降噪信号进行解调分析。对于轴承故障自动检测中如何准确选出1组含有丰富故障信息的解调信号序列用于解调谱分析这一难题,提出按修正的归一化峭度（MKv）最大化准则进行选择。仿真和实际轴承故障信号分析结果表明,与传统的基于STFT解调的检测方法相比,提出的改进方法可以更早地发现轴承早期故障,实用性更强。     

双块式无碴轨道高速列车脱轨控制分析

针对双块式无碴轨道结构特点，提出一种新的双块式无碴轨道空间振动分析模型，进一步建立高速列车一双块式无碴轨道系统空间振动分析方法。然后，基于列车脱轨能量随机分析理论，对高速列车-双块式无碴轨道系统横向振动稳定性及高速列车是否脱轨进行了评判。计算结果表明：高速列车以300km／h速度在双块式无碴轨道上运行时，车轨系统横向振动是稳定的，列车不会脱轨，且具有n=2．143的抗脱轨安全系数。     

基于Copula函数的高速列车信号联合特征提取

针对高速列车在车体不同位置的通道测得的振动信号,提出一种基于Copula函数的通道间信号联合特征提取方法。该方法使用泛化高斯分布对各通道信号的边缘分布进行拟合,并使用Gaussian Copula函数构建信号间的联合分布函数。提取边缘分布参数以及联合分布函数的参数作为特征。通过对某型高速列车转向架正常、抗蛇行减振器失效、空气弹簧失效和横向减振器失效4种典型工况的振动信号进行分析和特征提取,并采用支持向量机进行识别,平均识别率超过97%,表明该特征提取方法的有效性。     

高速列车—轨道垂向耦合动力学的研究

探讨高速列车在轨道结构上运行时的垂向耦合振动问题是列车－轨道耦合动力学更深入的理论研究。本文建立了铰接式高速列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，运用新型快速数值积分方法编制了这一大型系统的动力学仿真程序，对铰接式高速列车垂向动力学性能，特别是车辆与车辆之间的耦合振动以及车辆与轨道之间的动力作用进行了系统仿真分析，并与非铰接式高速列车进行了比较。结果表明，铰接式高速列车具有优良的垂向动力性能。     

高速列车振动引发地层位移响应分析

通过FLAC3D软件对列车荷载引发的盾构隧道动力响应进行了数值模拟,分析了列车高速通过隧道时盾构管片以及地层的位移变化规律。结果表明,单列列车经过左侧隧道时,竖向位移分布呈不对称状态,两列列车交会经过时,位移等值线基本呈对称分布,地表位移峰值出现在两隧道轴线附近;地下水对振动的影响较为明显。     

基于SVD-MOMEDA的高速列车齿轮箱轴承故障诊断

针对强背景噪声环境下高速列车齿轮箱轴承故障信号难以检测的问题以及多点优化最小熵解卷积修正(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,MOMEDA)方法受滤波器阶数、故障周期影响的问题,提出了基于奇异值分解(singular value decomposition, SVD)改进的MOMEDA的轴承故障诊断方法。首先采用SVD作为MOMEDA的前置滤波器滤除部分噪声,然后通过MOMEDA多点峭度谱追踪故障周期成分,采用变步长搜索法迭代求解MOMEDA滤波器最优阶数,最后利用最优参数相对应的MOMEDA增强信号中的周期性脉冲,并通过包络谱提取故障特征。仿真信号和试验数据分析表明:该方法能实现高速列车齿轮箱轴承故障的精确诊断,且故障诊断效果优于互补经验模态分解方法。     

基于电机振动的动车组牵引逆变器故障诊断研究

牵引逆变器的安全性和可靠性对高速动车组车辆的稳定运行至关重要,为了对逆变器工作状态进行识别,文章结合车辆系统动力学,提出了一种基于电机振动信号分析的故障诊断方法。将电机振动信号作为监测对象,通过检测逆变器故障时电流畸变引起电机异常振动的特征信号来进行判断。以CRH2型动车组牵引传动系统为例,建立了基于空间矢量脉宽调制策略下的三电平牵引逆变器电路仿真模型,对逆变器结构故障模式进行仿真。仿真结果表明,逆变器故障会显著影响交流侧输出电流谐波含量,尤其是5倍频、7倍频、11倍频、13倍频电流谐波;而这些谐波电流输入到牵引电机后转化为6P(1-s)倍频、12P(1-s)倍频的脉动转矩,并作用于电机,使得其输出振动中含有相应频率的谐波成分。通过对高速动车组实际运行过程中的牵引电机振动信号进行分析可发现,在正常情况下振动信号不明显含有此类谐波频率成分,而当逆变器存在故障时,则会导致在振动信号中该频率信号含量非常明显。因此,文章所提出的基于振动信号分析法能够有效地监测并诊断牵引逆变器工作状态,并具有一定的工程应用价值。     

秦沈客运专线高速列车构架人工蛇行波的随机模拟

国内外在列车-轨道时变系统横向振动计算中,大多采用轨道横向不平顺作为列车-桥梁(轨道)时变系统横向振动的激振源。实际上,引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷、车轮与钢轨的制造误差、车辆质量及其载重的偏心等。机车车辆构架蛇行波反映了引起此系统横向振动所有因素的影响,同时还反映了轮轨实际接触状态。根据秦沈客运专线高速列车构架蛇行波的现场测试资料和试验结果表明：采用三角级数模型及Monte-Carlo法随机模拟出了高速列车在时速160～300km／h范围内的构架人工蛇行波;解决了高速列车一桥梁(轨道)时变系统横向振动随机分析的激振源问题。列出了具有代表性的高速列车构架蛇行波实测波形图。     

基于形态分量分析的高速列车轴箱轴承故障诊断方法

高速列车在运行过程中,由于车轮不圆、钢轨波磨、轨道焊缝等激扰的影响,很容易激起轮轨之间的高频振动。当高速列车轴箱轴承同时出现故障和冲击激扰的情况下,现有的高速列车轴箱轴承故障诊断方法很难从中提取出轴承故障脉冲信号。针对这种情况,文中将形态分量分析应用到轴箱轴承故障特征提取,为了便于将其进一步用于在线监测,对该方法中稀疏表示的字典进行了改进。仿真和试验表明,该方法明显优于经验模态分解方法,能够有效地分离出轴承故障周期性脉冲信号,并能将其他随机冲击剔除。     

天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车脱轨控制研究

基于高速列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统空间振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,对天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车在设计车速以内是否脱轨及在不脱轨条件下高速列车走行舒适性进行分析。研究结果表明:该桥上高速列车在300km/h车速以内运行时不会脱轨;高速列车走行舒适性均在良好标准以上;该桥竖向振动加速度满足要求。     

横风中不同行驶工况下高速列车非定常空气动力特性

通过三维大涡模拟(LES)数值计算方法,对横风中不同行使工况下高速列车的非定常空气动力特性进行研究。计算得到各工况下高速列车车体所受非定常空气动力的时域特性、频域特性、脉动特性,以及列车周围非定常流动结构。分析结果表明,横风中高速列车所受空气动力存在明显的非定常性。从各工况高速列车所受空气动力脉动的均方根值来看,各节车的非定常现象基本随着合成风向角的增加而增大。在高速列车所受非定常空气动力的频域特性方面,其峰值频率集中在斯托劳哈尔数0.05~0.2范围内,这一范围对应实车情况的频率为0.5 Hz~2 Hz,这与高速列车系统本身存在的一些固有振动频率接近,存在由横风引起高速列车系统共振、降低高速列车行驶安全性乃至引发高速列车脱轨倾覆的可能性。     

车辆、轨道参数对列车—轨道系统振动响应的影响分析

应用列车－轨道时变系统振动能量随机分析理论，研究了准高速车辆、轨道参数对列车－轨道系统振动响应的影响规律，得出了一些较佳的参数选取范围。     

高速列车轮对自动检测系统的原理及实施方案

介绍高速列车轮对检测系统的结构及其基本测量模块的原理和实施方案,分析系统的测量条件、系统防护和信号保真等问题,并探讨我国高速列车轮对在线自动检测系统的发展和应用。     

高速列车牵引传动系统机电耦合振动特性研究

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,电机输出谐波转矩导致机械结构振动加剧,影响各机械部件的使用寿命,进而影响到列车运行安全。针对高速列车牵引传动系统的机电耦合振动现象进行分析,通过传动系统机械结构振动模态分析,建立其四阶扭转-弯曲振动模型,计算谐振频率,结合牵引电机输出转矩谐波成分分析,尤其是功率开关器件死区效应的影响,建立传动系统振动耦合关系。在此基础上,研究牵引传动系统机电耦合振动现象的机理与成因,提出基于误差电压死区补偿的振动抑制策略。最后搭建实验平台,模拟再现机电耦合振动现象,并完成振动抑制的实验验证。     

基于Lamb波高阶JS散度的铝合金板损伤定征方法

针对高速列车车体铝合金构件疲劳损伤的在线检测问题，提出一种基于Lamb波时频高阶JS散度的铝合金裂纹损伤量化评估方法。采用基于相空间重构的奇异值分解方法对Lamb波传感信号进行噪声抑制，利用归一化窗S变换分析损伤信号的时频域瞬态能量分布特征。为了更深层次地揭示Lamb波损伤信号在时间维度与频率维度的非线性分布特性，提出信号时域与频域的n阶矩计算方法，采用损伤信号与无损信号间的时频高阶JS散度距离作为损伤指数对铝合金板的疲劳损伤进行量化评估，并分析高阶JS散度距离与铝合金板疲劳裂纹密度间的线性相关性。有限元仿真和铝合金板的疲劳损伤检测试验结果表明，本文提出的方法对铝合金薄壁件早期裂纹具有较高的敏感性，对疲劳裂纹损伤具有较好的量化表征能力。该方法无需进行Lamb波在复杂构件中传播机理分析与损伤波包识别，简单高效，可操作性强，在高速列车车体复杂结构损伤评估中具有较好的应用前景。