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

1、鐵路運輸在我國國民經(jīng)濟和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了十分重要的作用，而作為鐵路運輸主要運載工具的列車，其運行過程中的安全問題則直接影響到人民生命財產(chǎn)安全以及國民經(jīng)濟的發(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，但也同時存在“陡畸變、多聲源

2、、強噪聲”這些聲信號處理上的技術(shù)難點，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)與實驗驗證，以期為最終實現(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，闡述了振動產(chǎn)生的機理，同時也分析了軸承內(nèi)噪聲信號產(chǎn)生的原理以及與振動之間的聯(lián)系。并針對我國現(xiàn)役客運列車軸承NJ(P)3226X1，設(shè)計了一個聲信號采集實驗平臺，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，并從運動聲學(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動參數(shù)的情況下實現(xiàn)單點聲源多普勒畸變校正，或是對多個點聲源進(jìn)行逐一校正。通過抗噪性分析可以發(fā)現(xiàn)此種方法對隨機噪聲具有很強的魯棒性。最后針對軸承內(nèi)、外圈故障的實驗聲信號進(jìn)行分析和處理，實驗結(jié)果成功地對該方法的有效性與可行性進(jìn)行了驗證。
　　深入討論了信號分離的研究現(xiàn)狀，闡述了廣義S變換

5、的基本概念以及實現(xiàn)算法，討論了基于廣義S變換及時頻域濾波的信號重構(gòu)方法細(xì)節(jié)，同時也給出了相應(yīng)的仿真案例。由于從單通道信號中實現(xiàn)高速運動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變換及時頻濾波的信號重構(gòu)方法，來進(jìn)行高速運動信號的有效分離，進(jìn)而實現(xiàn)列車軸承道旁聲信號多聲源分離和強噪聲濾除的目的。
　　通過分析