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原文传递列车轴承故障轨边声学检测系统关键技术研究

论文题名：	列车轴承故障轨边声学检测系统关键技术研究
关键词：	列车轴承;故障诊断;声学检测系统;多普勒畸变校正方法;误差分析;滤波方法
摘要：	列车轴承故障一直以来都是列车故障的主要类型，严重影响着列车的行驶安全，因此加强对列车轴承的状态监测和故障诊断对列车的安全运行具有非常重要的意义。列车轴承故障轨边声学检测系统在对列车轴承的故障诊断和状态监测方面具备诸多优点，但由于列车轨边声信号具有陡畸变、强噪声、多声源等特点使得该检测系统的实现存在一定的困难。　　本文以现役列车轴承NJ(P)3226X1为研究对象，设计了该类型轴承的专用实验平台，重点针对列车轴承故障轨边声学检测系统存在的多普勒畸变校正和强噪声滤波两大技术难点，研究探讨了解决这两项技术难点的方法，并对方法进行改进和验证，为最终实现列车轴承故障轨边声学检测系统的研制提供一定的基础理论和解决思路。　　首先对列车轴承进行了故障分析，并针对该型号轴承的每个组件进行了基于ANSYS的模态分析和固有频率声学测量，准确地得到了各组件的固有频率，为轴承故障诊断提供了一定的参考数据。考虑列车轴承实际运行时的旋转速度和加载载荷等参数，设计并制作了一套列车轴承测试实验平台，通过线切割的方法人为设置列车轴承外圈故障、内圈故障和滚子故障三类最为常见的轴承故障，通过该实验平台测量了不同健康状态下列车轴承的声学信号，奠定了数据基础。　　提出了一种基于瞬时频率估计的多普勒畸变校正方法。通过畸变信号的时频分布提取瞬时频率，并基于运动声源声辐射理论对瞬时频率作非线性拟合，使用拟合参数建立重采样时间序列，最终经重采样消除信号的多普勒畸变。对仿真信号以及列车轴承内外圈故障多普勒畸变信号的分析处理结果，验证了该方法校正畸变信号的有效性。　　详细讨论了影响上述校正方法精度的误差来源，从提高瞬时频率估计精度的角度，提出了基于短时离散频谱校正法的瞬时频率估计方法，并进一步分析了整周期采样对提高估计精度的原理，以及变窗长短时离散频谱校正法对抑制随机误差影响的有效性。　　提出了一种基于多普勒效应的强噪声滤除方法。采用Crazy Climber算法分层提取幅值较大的瞬时频率，通过运动声源声辐射理论拟合获取瞬时频率所属信号源的位置信息以确定噪声信号，设计可变带宽带阻滤波器将噪声瞬时频率滤除以增强轴承信号信噪比。对仿真信号以及含强噪声列车轴承内外圈故障信号的分析处理结果，验证了该方法滤除噪声的有效性。　　针对上述滤波方法存在的计算量大的缺点，在信号源和噪声源的瞬时频率并没有出现交错的前提下，提出了针对噪声频率的畸变校正滤波法和针对目标频率的畸变校正法。在识别信号中的噪声源和信号源瞬时频率后，针对噪声频率或是信号频率先对信号进行多普勒畸变校正，进而通过定带宽滤波器滤除噪声源瞬时频率以实现滤除噪声的结果。这两种方法都在一定程度上降低了计算量，能够得到较好的效果。
作者：	胡飞
专业：	测试计量技术及仪器
导师：	孔凡让
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文