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高速动车组齿轮箱振动分析与故障检测
| 论文题名： | 高速动车组齿轮箱振动分析与故障检测 |
| 关键词： | 高速动车组;齿轮箱;动力学仿真;故障模拟;振动分析 |
| 摘要： | 随着国家高速铁路的不断发展，高速动车组的安全性一直是大家关注的重点。齿轮箱作为高速动车组的核心动力部件之一，其运行的稳定性将直接影响到车辆的运行状况，如此，对高速动车组齿轮箱的故障监测和精确诊断成为了现在的研究热点。依托上海市科委地方院校能力建设项目(项目编号：17090503500)和上海铁路局科技项目（课题计划编号：2017018）的企业需求，本文以高速动车组齿轮箱为研究对象，通过虚拟仿真技术获取齿轮箱在出现断齿和齿面磨损故障时的振动响应，并根据其振动规律总结其诊断方法，通过线路试验验证其结果的可靠性。主要内容如下： （1）对某高速动车组车轮车轮外形进行周期性测量，研究其磨耗规律，将磨耗较轻微的车轮外形匹配高速轨道谱，将磨耗较严重的车轮外形匹配低速轨道谱，通过SIMPACK分别模拟高、低速路况下轮对的运动状态，由此获得高速和低速工况下的轮轨激励。 （2）基于相关参数，在ADAMS中构建高速动车组转向架动力学模型。通过对轮对加载不同车速下的轮轨激励，得到高速和低速运行状态下的齿轮箱振动响应。发现当齿轮箱未出现故障时，齿轮箱上可测得的振动响应与轮轨激励相似，齿轮啮合导致的振动响应相对微弱。 （3）用故障齿轮（断齿和齿面磨损）模型替换原有的正常齿轮，仿真计算不同位置、不同类型的故障发生时，齿轮箱振动响应的变化。通过对比发现：当齿轮箱发生断齿故障时，齿轮箱内的啮合振动信号特征更为明显；而齿轮箱发生齿面磨损故障时，齿轮箱上的振动响应信号仍以轮轨激励信号为主要特征，但其振动幅值出现一定程度的增长。 （4）对仿真数据分别从时域、时域统计指标和频谱上进行分析，其中频谱分析使用了快速傅里叶变换，经分析发现：仅从时域和时域指标上难以快速诊断出齿轮是否发生齿轮磨损，虽然诊断出齿轮箱内部出现断齿故障，但难以对断齿位置进行精确定位；而在结合频谱分析之后，可以较明显的诊断出齿面磨损故障及其故障位置，断齿故障则可以更加直观的展现出来。 （5）为验证仿真数据的可靠性，对某高速动车组齿轮箱的进行线路实测，经分析发现：正常齿轮箱在高速工况下的垂振动频谱图仍以啮合频率最为明显，这与仿真结果具有较高的相似性。由此基本验证了借助虚拟仪器仿真技术获取齿轮箱故障振动响应的方法有一定的可靠性。 |
| 作者： | 许磊 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 程道来;孙效杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海应用技术大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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