高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过...     

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。     

改进的EWT方法在高速列车轴承故障诊断中的应用

高速列车轴承的故障特征提取较为困难,针对这一问题,在经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)的基础上,提出了一种基于频谱趋势与频带合并的改进EWT方法,并将其应用于高速列车轴承的故障诊断。该方法首先利用经验模态分解,根据IMF分量判断准则,提取故障信号的频谱趋势,从而得到初始的频谱分界点;然后计算各初始频带的故障信息判断指标,得到自适应阈值,判断初始频带的有效性,通过对无效频带的合并完成频谱的重新划分;最后进行经验小波变换,将各频带通过正交滤波器组,对得到的各分量信号进行Hilbert变换,得到轴承的故障特征频率。通过仿真和试验验证,改进后的EWT方法可以准确地提取出轴承故障特征频率的基频和倍频成分,有效地确定轴承故障。     

基于小波包能量熵的钢轨波磨检测方法

针对目前轨道波浪型磨损检测效率慢、成功率低等问题,提出一种基于小波包能量熵的轨道波磨检测技术。首先建立轨道波磨简化模型及车辆集总化参数模型并搭建SIMPACK仿真动力学模型,其次创新性地将小波包和能量熵相结合应用在轨道波磨检测领域,再通过仿真模型得到不同波磨分组下的轴箱振动响应,然后对振动加速度信号进行4层小波包分解并计算各节点的小波包能量和小波包能量熵,最后通过对比分析仿真结果确定轨道波磨故障类型。     

基于仿真试验和BOA-VMD的轴箱轴承故障特征提取算法研究

针对城轨列车运行过程中轴箱轴承故障难以发现的问题，提出一种利用蝴蝶优化算法(Butterfly Optimization Algorithm,BOA)对变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD）参数进行优化的轴承故障特征提取方法。首先构建基于轴承-车辆刚柔耦合的轴承故障动力学模型，提取轮轨激扰和轴承故障情况下的轴箱振动信号；然后利用蝴蝶优化算法对轴箱振动信号的VMD模态分量数和二次惩罚系数进行寻优，确定最佳参数组合；最后利用已确定的最佳参数对轴承振动信号进行VMD分解，得到不同本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)，并对最佳模态分量信号进行包络分析，识别到轴承故障时的特征频率。试验分析表明，基于优化参数的VMD分析方法能够有效提取轴承故障特征频率，通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)分析方法对比，可以发现文章提出的分析方法效果更加有效。     

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。     

不同扣件参数对车-线-桥耦合动力学特性的影响

通过多体动力学仿真软件UM和有限元分析软件ANSYS联合建立了地铁车辆-轨道-桥梁耦合振动分析模型,研究了重庆某地铁A型车辆在高架桥段DTⅥ2、DTⅦ2和剪切型3种不同类型扣件系统下车-线-桥耦合振动的动力学特性。研究表明,3种不同扣件系统对车辆振动响应影响较小,对桥跨中位置的钢轨、扣件、桥面振动响应影响较大。综合考虑不同扣件系统对车辆和桥跨中位置的钢轨、扣件、桥面产生振动响应的影响,若侧重减小钢轨振动,建议采用DTⅦ2扣件;若侧重减小扣件受力和桥梁振动,则建议采用剪切型扣件。     

地铁小半径曲线段钢弹簧浮置板轨道的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,开展地铁钢轨波磨形成机理的研究。利用多体动力学仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,研究车辆-轨道系统动力学性能以及弹性轨道系统振动特性对波磨形成的影响。研究结果表明:车辆通过曲线半径300m的钢弹簧浮置板轨道时,产生欠超高的速度以及降低曲线超高均可以降低轮轨间作用力;内侧钢轨的轮轨磨耗指数和横向蠕滑力均大于外侧,尤其在速度为55km/h时,无论轮缘是否贴靠钢轨,内侧钢轨所受应力均相对较大,造成内轨磨耗加剧;从曲线内外侧钢轨和轨道板频谱特性可知,内侧钢轨与轨道板发生共振现象所对应的频率140Hz与现场测试得出的通过频率139Hz相接近。轮轨间横向滑动造成的钢轨磨耗和轨道结构的垂向振动可能是造成曲线钢轨波磨的主要原因。     

基于稳态、非稳态振动信号分析的轨道不平顺敏感波长及其与车辆响应间关系的研究

基于轨道不平顺输入与车辆动力学响应输出之间的频域传递特性分析,研究快速确定与车辆系统对应的轨道不平顺敏感波长的新方法.利用该方法分析某型高速车辆所对应的轨道不平顺敏感波长的结果表明:在300～360 km· h-1速度范围内,8m的多波周期轨道垂向不平顺波长会引起高速车辆较大的垂向响应;37m左右的多波周期轨道横向不平顺波长会引起高速车辆较大的横向响应.应用短时傅里叶变换和小波包分析技术这2种非稳态振动信号分析方法对车辆系统的车体垂向加速度进行特征分析,可以较全面地揭示出其时频特性,从而能够间接分析出与车辆振动响应信号相关联的轨道不平顺输入信号的非稳态特性.     

基于小波的轨道不平顺和车体振动响应分析

通过选择合适的小波基函数,对轨道不平顺和车体振动加速度信号进行连续小波变换,以小波系数作为平顺状态评价指标进行轨道不平顺时频分析;同时,将小波尺度系数与车体振动加速度时程曲线进行相关性分析,可以提取对车体振动影响较大的特征频率(段)。研究结果表明:以上方法直观有效,可以很好地提取及定位轨道不平顺时频特征,并对车体振动加速度响应进行分析。     

直线电机地铁车辆铝基复合材料制动盘动力学性能分析

利用多体动力学软件建立了直线电机地铁车辆动力学模型,采用Simpack和Simulink联合仿真的方法,考虑实际作用在车辆上的牵引力、制动力和电磁力,以工程实际需要为背景,对比分析了该地铁车辆将铸铁制动盘更换为铝基复合材料制动盘前后,在惰行、牵引、制动工况运行时的电机气隙、电机和轴箱振动以及各项动力学指标.研究结果表明...     

轴箱布置方式对地铁直线电机车辆动力学性能的影响

基于车辆系统动力学理论,建立了两种不同轴箱布置方式的地铁车辆动力学模型,在实际线路条件下,分析对比了轴箱内置与外置两种转向架,因为簧下质量以及悬挂系统横向跨距变化而造成轮轨接触以及车辆平稳性改变。研究结果表明,两种轴箱布置方式对车体平稳性影响较小;但轴箱内置车辆为达到理想的稳定性,需要加大一系径向刚度并加装抗蛇行减振器;轴箱内置能够降低轮对摇头角刚度,提高车辆适应线路扭曲不平顺的能力,同时降低轮对踏面磨耗功率,改善小半径曲线上轮轨磨耗。     

土耳其伊兹密尔轻轨车辆转向架轴箱组装的设计

文章介绍了土耳其伊兹密尔轻轨车辆转向架轴箱组装的设计,分析了轴箱轴承的选型、轴箱体的设计、密封结构的设计,并进行了轴箱体强度校核和轴箱温升试验。     

考虑车轮谐波磨耗的动车组车轴疲劳寿命

以CRH380BL型高速动车组为研究对象,基于车轮谐波磨耗的实测结果,建立刚性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨以及柔性轮轨4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型,通过对比分析4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨耦合动力学模型;基于车轴受力分析,采用有限元软件ANSYS进行车轴静强度计算;采用多体动力学软件计算考虑车轮谐波磨耗的车轴载荷时间历程;根据疲劳累积损伤理论,采用FE-SAFE软件分析考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命。结果表明:柔性轮轨关系更能反映轮轨的真实接触状态;车轴轮座内侧圆弧过渡处的应力最大,为114.4 MPa;考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命约为19.2 a;车轮谐波磨耗导致轮轨振动加剧,对车轴疲劳寿命产生明显不利的影响。     

基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。     

基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

浮置板轨道结构对地铁车辆轨道耦合系统动力性能影响分析

以北京地铁6号线车辆为样本,研究了浮置板轨道对于车辆轨道耦合动力学模型的影响。建模时将浮置板轨道考虑成柔性体,用有限元实体单元建模,并利用模态叠加法进行求解。仿真后得出如下结论:与轨道不平顺引起的冲击相比,采用浮置板轨道后所产生的枕跨冲击、过渡冲击、轨道板冲击并不明显。车辆在浮置板轨道上行驶时,其竖向悬挂系统能够较好地降低轮轨的冲击力;轨道垫板刚度的主要影响是频率在60~150 Hz范围内的振动,对低频振动影响较小。随着轨道垫板刚度的变大,轮轨垂向力和轮重减载率逐渐变大,但其对轮轴横向力和脱轨系数影响很小,对车体振动几乎没有影响。轨道垫板刚度的主要影响是频率在10 Hz左右的轨道板的振动,对浮置板钢弹簧支承力的影响较小,即对路基的减振效果影响较小。     

轮轨滚动噪声激扰模型研究

为解决轮轨高频非线性接触问题和预测轮轨滚动噪声,需研究轮轨表面粗糙度的时域模型。在基于线性化理论的轮轨表面粗糙度频域表示方法的基础上,为满足轮轨非线性接触的要求,采用时频转换的方法建立轮轨表面粗糙度时域输入模型,并以Sato轮轨表面粗糙度谱为例,运用所建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件对轮轨滚动噪声辐射进行了仿真计算,将得到的轮轨滚动噪声频谱特征及其时域特点与工程实际监测结果进行对比分析,证明模型是可靠的。     

轮轨系统高频振动研究

通过建立轮轨系统高频振动模型,分析轮轨相互作用关系,给出车轮及钢轨的高频振动功率谱计算式,并且推导了车轮、钢轨阻抗特性,计算因轮轨表面粗糙度而引起的轮轨高频振动响应。表明大约在1300Hz以下频段,主要以钢轨振动为主,而在1300Hz以上频段,车轮振动占主导地位。