列車輪對在線狀態(tài)監(jiān)測理論與方法研究.pdf

1、輪對組件作為機(jī)車車輛的重要走行部件，由于長期處于高速重載工作狀態(tài)，工作面受接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，極易引起零部件疲勞、裂紋和壓痕等故障，導(dǎo)致軸承發(fā)熱、車軸裂紋，給機(jī)車車輛帶來額外的沖擊振動，繼而產(chǎn)生“燃軸”、“切軸”或其他事故，危及行車安全。因此，必須在列車運(yùn)行過程中對輪對狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)早期故障，避免事故的發(fā)生。 論文在對列車輪對組件結(jié)構(gòu)、各部件動力學(xué)特征和各種故障的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于TCN的列車狀

2、態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)和其中的車輛級在線狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，研制了列車輪對在線監(jiān)測裝置和機(jī)車車輛輪對運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷試驗裝置；再根據(jù)列車輪對狀態(tài)主要監(jiān)測內(nèi)容，重點(diǎn)開展列車輪對踏面損傷、車軸裂紋、軸箱軸承故障和機(jī)車牽引齒輪故障的形成機(jī)理、監(jiān)測方法和信號分析處理方法的研究，并結(jié)合實際工程應(yīng)用、試驗裝置實驗研究來驗證研究結(jié)論的正確性。 論文首先概述了列車輪對在線狀態(tài)監(jiān)測的主要對象：車輪、車軸、牽引齒輪、軸箱軸承等關(guān)鍵部件，然后分別

3、對列車輪對關(guān)鍵部件的故障機(jī)理進(jìn)行分析與研究，包括：輪對踏面損傷的振動機(jī)理分析，車軸裂紋振動特征分析，輪對軸箱軸承的振動特征分析，機(jī)車牽引齒輪故障機(jī)理分析等。研究了踏面擦傷的振動沖擊特性，導(dǎo)出了踏面擦傷沖擊與車速之間的定量關(guān)系；建立了車軸裂紋振動動力學(xué)模型，揭示了裂紋車軸的振動特征。論文針對列車輪對在線狀態(tài)監(jiān)測的實際情況，設(shè)計了基于TCN的列車狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)和其中的車輛級在線狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，以實現(xiàn)全列車的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷計算

4、機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。并研制了其中的列車輪對在線監(jiān)測裝置和機(jī)車車輛輪對運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷試驗裝置。 將輪對故障按照特征頻率不同分為高、低特征頻率故障兩類，采用基于整周期等角度采樣的特征譜分析方法來監(jiān)測高特征頻率故障，采用基于解析帶通濾波的實時細(xì)化譜分析方法來提取低特征頻率故障的特征信息，詳細(xì)討論了這兩種方法的若干關(guān)鍵問題，并通過具體的應(yīng)用實例加以驗證。針對車軸裂紋的振動特點(diǎn)，以及故障信號易被其他信號所干擾等問題；為消除檢測裂紋特征信息

5、的噪聲污染及其對后續(xù)診斷分析帶來的負(fù)面影響，提出并討論了基于整周期采樣的車軸裂紋的信號歷經(jīng)譜分析方法，通過故障車軸在輪對運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷試驗裝置上的對比實驗，驗證了信號歷經(jīng)譜分析方法的有效性和實用性。針對列車輪對故障早期所引起的振動沖擊信號較微弱，容易會被強(qiáng)烈的背景噪聲所湮沒的特點(diǎn)，提出了列車輪對在線監(jiān)測的DCEA方法，研究了其中的解調(diào)分析方法和DCT快速算法，并給出一種基于小波系數(shù)提取的離散余弦包絡(luò)分析方法；通過輪對故障實例分析

6、表明，該方法比以往的時域、頻域分析方法，更為精確地描述初期故障的瞬變信號特征，是一種可靠監(jiān)測列車輪對零部件局部損傷類故障的有效方法。最后針對單參量監(jiān)測方法所固有的不確定性與局限性，將信息融合技術(shù)引入列車輪對狀態(tài)監(jiān)測中，研究并提出基于多傳感器信息融合的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其相應(yīng)的具體算法；通過在機(jī)車車輛輪對運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷試驗裝置進(jìn)行了輪對狀態(tài)多傳感器信息融合監(jiān)測實驗，得到了較為滿意的結(jié)果。 論文最后總結(jié)了全文的創(chuàng)新點(diǎn)，提出了