列車軸承故障道旁聲學(xué)診斷關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、鐵路運(yùn)輸在我國國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了十分重要的作用，而作為鐵路運(yùn)輸主要運(yùn)載工具的列車，其運(yùn)行過程中的安全問題則直接影響到人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。列車輪對軸承故障是導(dǎo)致列車發(fā)生故障甚至脫軌事故的最主要的原因，長期以來受到國內(nèi)外各界的廣泛關(guān)注。因此對列車軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷是非常必要的，對列車的安全運(yùn)行具有重要意義。對比傳統(tǒng)列車車載監(jiān)測系統(tǒng)，列車軸承故障道旁聲學(xué)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但也同時(shí)存在“陡畸變、多聲源

2、、強(qiáng)噪聲”這些聲信號處理上的技術(shù)難點(diǎn)，阻礙了其自主化國產(chǎn)化的進(jìn)程。
　　本文圍繞列車軸承故障道旁聲學(xué)診斷存在的關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行了研究與探討，提出了多普勒畸變校正方法、多聲源分離及強(qiáng)噪聲濾除方法以及列車軸承道旁聲信號故障特征提取方法，并對這些方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以期為最終實(shí)現(xiàn)全自主化國產(chǎn)化列車軸承故障道旁聲學(xué)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)奠定一定理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先分析了滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、故障特征頻率以及主要的失效形

3、式，闡述了振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，同時(shí)也分析了軸承內(nèi)噪聲信號產(chǎn)生的原理以及與振動(dòng)之間的聯(lián)系。并針對我國現(xiàn)役客運(yùn)列車軸承NJ(P)3226X1，設(shè)計(jì)了一個(gè)聲信號采集實(shí)驗(yàn)平臺，通過線切割對列車軸承設(shè)置了人工故障，以獲取不同狀況下的列車軸承聲信號，為后續(xù)解決列車軸承故障道旁聲學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)難題提供研究對象與理論依據(jù)。
　　詳細(xì)闡述了多普勒畸變的基本概念與原理，并從運(yùn)動(dòng)聲學(xué)的角度建立了道旁聲信號的多普勒畸變模型，推導(dǎo)了多普勒畸變的數(shù)學(xué)公式。研究

4、分析了現(xiàn)有的多普勒畸變校正方法的一些缺陷與局限性，提出了一種基于匹配追蹤Dopplerlet變換與重采樣的多普勒畸變校正方法。該方法可以在不知道初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)聲源多普勒畸變校正，或是對多個(gè)點(diǎn)聲源進(jìn)行逐一校正。通過抗噪性分析可以發(fā)現(xiàn)此種方法對隨機(jī)噪聲具有很強(qiáng)的魯棒性。最后針對軸承內(nèi)、外圈故障的實(shí)驗(yàn)聲信號進(jìn)行分析和處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功地對該方法的有效性與可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　深入討論了信號分離的研究現(xiàn)狀，闡述了廣義S變換

5、的基本概念以及實(shí)現(xiàn)算法，討論了基于廣義S變換及時(shí)頻域?yàn)V波的信號重構(gòu)方法細(xì)節(jié)，同時(shí)也給出了相應(yīng)的仿真案例。由于從單通道信號中實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)信號有效分離的理論方法在國內(nèi)外研究中都比較空缺，本文結(jié)合匹配追蹤Dopplerlet變換其獨(dú)有的多普勒信號匹配特性，提出了一種基于匹配追蹤Dopplerlet變換、廣義S變換及時(shí)頻濾波的信號重構(gòu)方法，來進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)信號的有效分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車軸承道旁聲信號多聲源分離和強(qiáng)噪聲濾除的目的。
　　通過分析