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

1、列車軸承故障一直以來都是列車故障的主要類型，嚴重影響著列車的行駛安全，因此加強對列車軸承的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷對列車的安全運行具有非常重要的意義。列車軸承故障軌邊聲學檢測系統(tǒng)在對列車軸承的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測方面具備諸多優(yōu)點，但由于列車軌邊聲信號具有陡畸變、強噪聲、多聲源等特點使得該檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)存在一定的困難。
　　 本文以現(xiàn)役列車軸承NJ(P)3226X1為研究對象，設(shè)計了該類型軸承的專用實驗平臺，重點針對列車軸承故障軌邊聲學檢

2、測系統(tǒng)存在的多普勒畸變校正和強噪聲濾波兩大技術(shù)難點，研究探討了解決這兩項技術(shù)難點的方法，并對方法進行改進和驗證，為最終實現(xiàn)列車軸承故障軌邊聲學檢測系統(tǒng)的研制提供一定的基礎(chǔ)理論和解決思路。
　　 首先對列車軸承進行了故障分析，并針對該型號軸承的每個組件進行了基于ANSYS的模態(tài)分析和固有頻率聲學測量，準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)。考慮列車軸承實際運行時的旋轉(zhuǎn)速度和加載載荷等參數(shù)，設(shè)計并制作了一套

3、列車軸承測試實驗平臺，通過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的軸承故障，通過該實驗平臺測量了不同健康狀態(tài)下列車軸承的聲學信號，奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　 提出了一種基于瞬時頻率估計的多普勒畸變校正方法。通過畸變信號的時頻分布提取瞬時頻率，并基于運動聲源聲輻射理論對瞬時頻率作非線性擬合，使用擬合參數(shù)建立重采樣時間序列，最終經(jīng)重采樣消除信號的多普勒畸變。對仿真信號以及列車軸承內(nèi)外圈故障多普勒畸變信號的分

4、析處理結(jié)果，驗證了該方法校正畸變信號的有效性。
　　 詳細討論了影響上述校正方法精度的誤差來源，從提高瞬時頻率估計精度的角度，提出了基于短時離散頻譜校正法的瞬時頻率估計方法，并進一步分析了整周期采樣對提高估計精度的原理，以及變窗長短時離散頻譜校正法對抑制隨機誤差影響的有效性。
　　 提出了一種基于多普勒效應的強噪聲濾除方法。采用Crazy Climber算法分層提取幅值較大的瞬時頻率，通過運動聲源聲輻射理論擬合獲取瞬時頻

5、率所屬信號源的位置信息以確定噪聲信號，設(shè)計可變帶寬帶阻濾波器將噪聲瞬時頻率濾除以增強軸承信號信噪比。對仿真信號以及含強噪聲列車軸承內(nèi)外圈故障信號的分析處理結(jié)果，驗證了該方法濾除噪聲的有效性。
　　 針對上述濾波方法存在的計算量大的缺點，在信號源和噪聲源的瞬時頻率并沒有出現(xiàn)交錯的前提下，提出了針對噪聲頻率的畸變校正濾波法和針對目標頻率的畸變校正法。在識別信號中的噪聲源和信號源瞬時頻率后，針對噪聲頻率或是信號頻率先對信號進行多普勒畸