模态特征分量(IMF)在轴承故障诊断中的选用原则综述

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)及其衍生算法近年来在轴承故障领域得到了广泛应用。该类算法可以基于振动信号自身的特点对其进行自适应分解，得到一组蕴含不同频率成分的固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)。但是该类算法由于自身分解规则的缺陷不可避免地存在端点效应与模态混叠现象，从而产生了一些虚假IMF分量，影响轴承故障诊断的准确性。此外，EMD类算法分解得到的IMF通常是噪声或干扰信号，只有少数分量能够反映轴承故障特征。因此，如何筛选含有丰富故障信息的敏感IMF是该类算法的关键。文章首先介绍了EMD及其衍生算法，然后总结了目前在滚动轴承故障诊断领域中选取敏感IMF的主要准则，并阐述了其优缺点。     

基于EMD-Kurtosis的牵引电机轴承故障特征识别

文章利用经验模态分解的方法将牵引电机轴承振动信号分解成各阶本征模态函数IMF,并将各阶IMF进行傅里叶变换得到各阶IMF的频率,根据故障轴承频率特征和本征模态函数的频率对应关系,对该本征模态函数进行峭度分析,进而能够更加精确识别轴承故障特征。     

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。     

地铁车辆滚动轴承振动信号的时域分析

针对地铁车辆滚动轴承故障,选取旋转机械固有的振动信号,运用信号的统计参数来进行故障诊断。滚动轴承的时域统计参数指标分析是利用电机带动轴承转动,给轴承施加一定的荷载,同时采集轴承旋转时的振动信号。试验设置了对照组,通过Matlab软件进行参数对照分析。通过时域分析发现,在常见的时域统计指标中,方根幅值、绝对平均值可作为诊断轴承故障的有效指标,均值、方差、均方根值可作为判断轴承故障类型的参考依据。     

改进经验小波变换在滚动轴承故障特征提取中的应用

针对高速列车齿轮箱滚动轴承故障特征提取困难的情况,提出了基于改进经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)的轴承故障诊断方法。首先,对轴承振动信号进行EWT变换得到多阶固有模态分量,通过计算峭度值筛选出包含故障信息的固有模态分量,采用经验小波逆变换的方式对筛选分量进行重构,最后计算Hilbert包络解调谱对重构信号进行分析。研究表明,结合EWT,峭度系数和经验小波逆变换的方法可以准确的提取轴承的故障特征,为轴承监测和维修提供准确信息。     

经验小波在机车轴承故障诊断中的应用

针对机车轴承故障诊断中故障特征提取的难题,将经验小波变换(EWT)引入机车轴承振动信号分析。经验小波通过构造紧支撑自适应滤波器将信号分解为多个固有模态分量,能有效抑制模态混叠。针对轴承振动特征对经验小波变换进行改进,提出了首先利用改进经验小波变换分解机车轴承振动信号,然后以峭度为指标筛选敏感分量,进而对敏感分量进行希尔伯特包络解调提取轴承故障特征的诊断方法。机车运行试验表明,文章所提出的方法划分机车轴承振动信号频带合理,能有效提取轴承故障特征频率,准确诊断各种类型的轴承故障。     

基于EEMD和RBFNN的列车滚动轴承故障诊断研究

针对列车滚动轴承振动信号的非高斯、非平稳性特征,提出一种基于集合经验模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)相结合的滚动轴承故障诊断方法,利用EEMD方法对振动信号进行分解,得到前8个本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)分量,将归一后的IMF能量特征向量作为RBF神经网络的输入向量构建故障诊断模型,从而实现滚动轴承的故障识别。将RBF神经网络方法和BP(Back Propagation)神经网络进行对比,本文提出的方法能精确识别正常轴承、滚动体故障、外圈故障和内圈故障等4种轴承状态,为提高列车滚动轴承故障诊断的准确性和实时性提供了新思路。     

基于定子电流小波包分析的牵引电机轴承故障诊断

滚动轴承失效是机车牵引传动系统的主要故障源之一。轴承失效引起电机振动增加,导致定子电流发生调制。本文根据轴承失效对电机运行参数(振动、电流)的影响,将牵引电机轴承故障分为单点局部损伤和整体磨损。分析两种滚动轴承故障对振动和电机定子电流频谱的影响。定子电流分析可在不影响电机运行的情况下,检测电机的工作状况。小波包变换适应于处理瞬变、非平稳信号,用于电机定子分析能获得较高的频率分辨率,有效提取故障征兆。本文提出一种基于定子电流小波包分析的机车牵引电机轴承在线故障检测方法。HXD2型机车线路运行试验证明,该方法能有效诊断电机轴承早期故障。     

列车轴箱轴承在途鲁棒可视化故障诊断方法

为使列车轴箱轴承在非平稳工况下的故障识别更加有效,本文提出基于融合相关熵特征的鲁棒可视化滚动轴承故障诊断方法。通过快速集成经验模态分解FEEMD对轴承振动信号进行时频分解,提取本征模函数IMF矩阵;计算IMF与原始信号的线性相关系LCC作为相关熵的调幅系数,进而通过相关统计计算获得样本集的多维相关熵矩阵CM;利用主元分析PCA对CM进行数据空间变换,通过提取变换后的融合相关熵矩阵ICM,实现相关熵矩阵的可视化。通过实验分别提取匀加速、匀速及匀减速3种运行工况下的滚动轴承ICM特征,通过对比EMD、EEMD和FEEMD 3种信号分解方法,发现FEEMD的信号分解效率更高,且ICM比传统特征对非平稳工况下轴承故障辨识的鲁棒性更好。FEEMD-ICM为轴箱轴承快速、客观且稳定的故障诊断实现提供了可靠的理论依据和技术支持。     

基于EMD和包络分析的城轨列车滚动轴承故障诊断

为了准确识别城轨列车滚动轴承故障类型,研究了一种基于经验模态分解（EMD,Empirical Mode Decomposition）和包络分析的滚动轴承故障诊断方法。对滚动轴承的振动信号进行EMD分解,得到若干个本征模态函数（IMF,Intrinsic Mode Function）之和,对包含主要信息成分的IMF分量作包络分析,根据包络谱的故障特征频率判断滚动轴承故障类型。实验结果表明,该方法能够准确有效地识别城轨列车滚动轴承的故障类型。     

上海智慧地铁的研究与实践

城市轨道交通的智慧化程度与服务水平对智慧交通的衡量具有重大影响力。从经济背景、技术发展和民生需求等角度论述智慧地铁发展的必要性,多层次分析智慧地铁的特征,提出智慧地铁建设目标、系统架构与建设方法,并从智慧建设、智慧运营、智慧维保三个方面阐述智慧地铁在上海轨道交通中的应用。     

高速磁浮列车变频器冷却系统原理及参数分析

ZHANG Qianfeng(Shanghai Maglev Transportation Development Co.,Ltd.,201204,Shanghai,China)     

城市轨道交通高架线路噪声预测简化模型的建立及验证

提出了城市轨道交通高架线路噪声影响简化预测模型,该模型能够区分高架线路不同噪声源的影响方式,将受声点的总声级分解为轮轨直达声、桥梁结构噪声、混响声和地面辐射声的叠加。给出了每种噪声的预测计算公式。实际线路的预测值与测试值的比较结果表明,所建立的简化预测模型的计算精度可满足城市轨道交通高架线路噪声影响的预测研究要求。     

中小运量城市轨道交通车辆选型分析

积极发展中小运量城市轨道交通系统,符合目前及未来需要的“立体式”“空中一体化”的城市交通规划理念,因此车辆的多元化选择正当其时。现代有轨电车、单轨、中低速磁浮、胶轮地铁这4种系统制式具有运量适中、布设灵活、经济环保及建设周期短等的优势。根据线路的功能定位和特点,从适用性、经济性、安全可靠性和社会效益等4个方面,兼顾乘坐舒适、技术先进、环境保护及气候特点等因素,对车辆进行选型以满足输送旅客的目标和国产化率的要求。     

城市轨道交通乘务管理与驾驶员配属关系研究

ZHANG Qi(Shanghai No.1 Metro Operation Co., Ltd., 200003, Shanghai, China)     

快速地铁车辆气动效应及车辆设计参数分析

对快速地铁车辆可能产生的空气动力效应进行了描述,并详细分析了与气动效应相关的车辆设计参数及其变化规律。分析表明,随着车速的提高、车辆断面积的增大,列车空气阻力、压力波幅值、气动噪声等均有不同程度的增大;列车头型长细比越大、车辆表面平顺程度越高,列车空气阻力越小。     

上海轨道交通超大网络运能精细化管理研究

面对城市轨道交通网络化运营中运能与运量矛盾突出的问题,研究运能精细化管理尤为必要。通过分析上海轨道交通的网络运营特征,针对网络结构、客流需求和运能配置等方面存在的问题,提出网络运能规划方法。总结了近年来上海轨道交通在提升线路系统能力、优化开行方案及提供个性化服务等方面的举措和实施效果。     

DB 31/T 1013-2016《城市轨道交通地下车站环境质量要求》主要指标及其限值解析

介绍了DB 31/T 1013—2016《城市轨道交通地下车站环境质量要求》的编制原则及标准适应范围。结合国内外环境质量标准及专家学者的测试情况,详细解析了该标准中与人群健康密切相关且社会关注度高的温度、相对湿度、一氧化碳、二氧化碳、可吸入颗粒物(PM₁₀)及菌落总数(空气)等6个指标及其限值。     

城市快速轨道交通敷设方式经济性与适应性研究

城市快速轨道交通是连接主城区与近郊城区的快速公交通道,线路长度长、站间距大。不同于主城区的轨道交通线路,其敷设方式选择对工程规模、投资控制、运营管理尤为重要。以成都轨道交通10号线二期工程为例,研究城市快速轨道交通线路的敷设方式。通过合理确定敷设原则、精细化的线位方案比选以及多专业协调设计,建议城市快速轨道交通线路尽可能多采用经济性好、建设速度快的高架敷设方式。     

成都轨道交通10号线的复合功能定位及其行车组织方案

介绍了成都轨道交通10号线各期工程的功能定位。一期工程为机场专线,线路向南、北延伸后为复合功能线,既是衔接中心城区与双流、新津片区的大运量级别市域快线,也是为机场客流服务的机场线。针对各期线路、客流的特点,提出了相应的行车组织方案,以保证设计方案的合理性和高效性。