高速列车振动信号的奇异谱分析方法研究

针对高速列车运行中的状态监测问题,提出高速列车振动信号的奇异谱分析方法。奇异谱分析是一种新的无参数模型的数据分析方法,它把高速列车的振动信号分解为多个基本信号,通过对基本信号的加权相关系数进行分析,获得振动信号的不相关成分,分析列车振动与每个成分的关系。实验结果表明高速列车的运行状态可由其振动信号的组成成分来表征。     

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。     

高速列车诱发地面波与轨道强振动研究

在高速运行的条件下,当列车达到某种速度时,列车将引起轨道和大地的强烈振动。本文通过建立轨道振动微分方程,得到单轮作用下轨道变形的解析表达式。在此基础上,利用叠加原理,研究轨道临界速度与单轮和高速列车诱发轨道强振动的关系,分析了轨道基础弹性模量和轨道抗弯刚度对轨道临界速度及轨道振动的影响。计算表明,轨道基础弹性模量是影响轨道临界速度的主要原因。尤其是当轨道基础为软土地基时,轨道临界速度很低,容易被中高速列车超过。当列车速度接近轨道临界速度时,轨道将发生强烈振动。分析还显示当列车速度低于轨道临界速度时,提高轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用并不明显,但当列车速度接近轨道临界速度时,增加轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用则非常显著。     

高速列车噪声控制与研究

为实现高速列车速度提升后舒适度同步提升,通过不同的控制方法和控制策略,结合工程仿真、地面测试、运行测试等技术手段进行技术分析,形成了高速列车噪声控制技术方案,并取得理想的效果。     

优化形态学滤波在高速列车轴承故障诊断中的应用

针对传统形态学滤波方法在提取高速列车轴箱轴承故障特征时过于依赖先验知识,结构元素相关参数(长度L和高度h)未结合信号特征做自适应选取的问题,文章在数学形态学滤波(Mathematical Filter, MF)、布谷鸟算法(Cuckoo Search Algorithm, CS)、实际工程应用方面做了深入研究。通过布谷鸟算法对结构元素的长度和高度进行自适应寻优,然后使用最优结构元素对信号进行处理,提取出信号中的冲击成分和故障特征,对比传统的解调方法可以发现该方法更准确、更快速。     

列车高速通过站台时的流固耦合振动研究

采用计算流体动力学(CFD)和多体动力学相结合的方法研究列车高速通过站台时的风致振动及安全问题。应用有限体积法和滑移网格模拟计算方法,通过求解三维瞬态可压缩N—S方程获取列车通过站台的气动力。运用Simpack软件建立3辆编组的动车组动力学模型,轨道不平顺条件选用美国六级谱,并将用CFD得到的气动力作为激励输入动车组动力学模型,对列车高速通过站台时的气动行为进行仿真计算,得到列车高速通过站台时的振动时程曲线。计算结果表明,列车高速通过站台时,在气动力作用下3辆车均不同程度向站台靠近,且尾车的尾部向站台靠近的距离最大,达到19mm;头车向站台靠近主要是由车体的摇头运动所致,中间车向站台靠近是由车体的横向摆动所致,而尾车向站台靠拢则是由车体的横摆运动和摇头运动共同作用所致。     

基于GA-LQR的高速列车横向振动主动控制方法研究

本文针对随机轨道不规则激励造成高速列车车体横向振动问题,提出一种基于GA-LQR算法和二系悬架系统的主动控制方法,通过抑制车体的横向振动提高高速列车的运行平稳性和安全性。首先,考虑随机轨道不规则激励并建立车辆-轨道系统动力学模型;其次,针对LQR控制器设计时权重矩阵Q和R较难选择的问题,采用GA算法迭代优化得到最优权矩阵和控制器;最后,通过模拟仿真进一步验证所提方法的有效性。结果表明,所提出的基于GA-LQR算法和二系悬架系统的主动控制方法,具有抑制列车车体横向振动的有效潜力,与被动悬架方法相比,该方法有效地将车体横向振动振幅降低68.47%,显著提升了乘坐舒适性和高速列车运行的稳定性。