列車軸承故障軌邊聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、列車軸承故障一直以來(lái)都是列車故障的主要類型，嚴(yán)重影響著列車的行駛安全，因此加強(qiáng)對(duì)列車軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷對(duì)列車的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。列車軸承故障軌邊聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)在對(duì)列車軸承的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于列車軌邊聲信號(hào)具有陡畸變、強(qiáng)噪聲、多聲源等特點(diǎn)使得該檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)存在一定的困難。
　　 本文以現(xiàn)役列車軸承NJ(P)3226X1為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了該類型軸承的專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，重點(diǎn)針對(duì)列車軸承故障軌邊聲學(xué)檢

2、測(cè)系統(tǒng)存在的多普勒畸變校正和強(qiáng)噪聲濾波兩大技術(shù)難點(diǎn)，研究探討了解決這兩項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)的方法，并對(duì)方法進(jìn)行改進(jìn)和驗(yàn)證，為最終實(shí)現(xiàn)列車軸承故障軌邊聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的研制提供一定的基礎(chǔ)理論和解決思路。
　　 首先對(duì)列車軸承進(jìn)行了故障分析，并針對(duì)該型號(hào)軸承的每個(gè)組件進(jìn)行了基于ANSYS的模態(tài)分析和固有頻率聲學(xué)測(cè)量，準(zhǔn)確地得到了各組件的固有頻率，為軸承故障診斷提供了一定的參考數(shù)據(jù)?？紤]列車軸承實(shí)際運(yùn)行時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度和加載載荷等參數(shù)，設(shè)計(jì)并制作了一套

3、列車軸承測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)線切割的方法人為設(shè)置列車軸承外圈故障、內(nèi)圈故障和滾子故障三類最為常見(jiàn)的軸承故障，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了不同健康狀態(tài)下列車軸承的聲學(xué)信號(hào)，奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　 提出了一種基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的多普勒畸變校正方法。通過(guò)畸變信號(hào)的時(shí)頻分布提取瞬時(shí)頻率，并基于運(yùn)動(dòng)聲源聲輻射理論對(duì)瞬時(shí)頻率作非線性擬合，使用擬合參數(shù)建立重采樣時(shí)間序列，最終經(jīng)重采樣消除信號(hào)的多普勒畸變。對(duì)仿真信號(hào)以及列車軸承內(nèi)外圈故障多普勒畸變信號(hào)的分

4、析處理結(jié)果，驗(yàn)證了該方法校正畸變信號(hào)的有效性。
　　 詳細(xì)討論了影響上述校正方法精度的誤差來(lái)源，從提高瞬時(shí)頻率估計(jì)精度的角度，提出了基于短時(shí)離散頻譜校正法的瞬時(shí)頻率估計(jì)方法，并進(jìn)一步分析了整周期采樣對(duì)提高估計(jì)精度的原理，以及變窗長(zhǎng)短時(shí)離散頻譜校正法對(duì)抑制隨機(jī)誤差影響的有效性。
　　 提出了一種基于多普勒效應(yīng)的強(qiáng)噪聲濾除方法。采用Crazy Climber算法分層提取幅值較大的瞬時(shí)頻率，通過(guò)運(yùn)動(dòng)聲源聲輻射理論擬合獲取瞬時(shí)頻

5、率所屬信號(hào)源的位置信息以確定噪聲信號(hào)，設(shè)計(jì)可變帶寬帶阻濾波器將噪聲瞬時(shí)頻率濾除以增強(qiáng)軸承信號(hào)信噪比。對(duì)仿真信號(hào)以及含強(qiáng)噪聲列車軸承內(nèi)外圈故障信號(hào)的分析處理結(jié)果，驗(yàn)證了該方法濾除噪聲的有效性。
　　 針對(duì)上述濾波方法存在的計(jì)算量大的缺點(diǎn)，在信號(hào)源和噪聲源的瞬時(shí)頻率并沒(méi)有出現(xiàn)交錯(cuò)的前提下，提出了針對(duì)噪聲頻率的畸變校正濾波法和針對(duì)目標(biāo)頻率的畸變校正法。在識(shí)別信號(hào)中的噪聲源和信號(hào)源瞬時(shí)頻率后，針對(duì)噪聲頻率或是信號(hào)頻率先對(duì)信號(hào)進(jìn)行多普勒畸