参数自适应VMD在高速列车轴箱轴承故障诊断中的应用

针对高速列车轴箱轴承故障特征提取困难和变分模态分解(VMD)参数的人为设置影响分解效果的问题,提出参数自适应VMD轴箱轴承故障诊断方法。首先,以平均包络谱熵为适应度函数,利用麻雀搜索算法自适应地寻找不同工况下的最优模态数K和惩罚因子α;其次,对原始轴承时域信号进行VMD分解,利用快速谱峭度图分析最小包络熵的IMF分量,并根据分析结果对该IMF分量进行带通滤波以增强故障特征;最后,对滤波后信号进行希尔伯特包络解调分析,并将分析结果与理论计算所得特征频率进行对比,对轴箱轴承故障进行分类辨识。研究结果表明：与经验模态分解(EMD)、局域均值分解(LMD)、集合经验模态分解(EEMD)等自适应信号分解方法相比,本文所提方法能更有效地降低噪声的影响,提取复杂耦合工况下轴箱轴承振动信号中的故障特征。     

车辆服役环境对高速列车轴箱轴承温度的影响分析

构建考虑轴箱表面散热及轴承内部传热的功率损耗模型,分析轴箱轴承在不同服役环境下的载荷;综合考虑轴箱表面空气流场对流换热的影响,建立精细化轴箱轴承温度模型,分析不同服役环境对轴箱轴承温度分布和温度特性的影响,并通过轴承试验台验证模型的有效性。研究结果表明：当车辆速度由220 km/h增至300 km/h时,轴承的总摩擦力矩增大11.4%;当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,摩擦力矩平均增大2.8%;轴箱轴承最高温度出现在内圈与滚动体接触的区域,最低温度出现在轴上且接近环境温度;当车速由220 km/h增加到300 km/h时,轴承的最高温度上升9.2℃,各节点处温度均有一定程度增加,当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,最高温度平均升高1.1%;当多边形深度幅值由10 dB增加到18 dB时,最高温度平均升高1.4%。     

轮轨激励条件下轴箱轴承内圈故障振动特性分析

高速列车运行过程中,轮轨复杂激励会对轴箱轴承的动力学行为产生不可忽视的影响.首先利用UM(universal mechanism)软件建立车辆-轨道动力学模型,在对车辆模型进行稳定性、平稳性和安全性验证的基础上,获取了复杂激励下轴箱轴承所受的垂向、纵向和横向载荷;然后,通过Solidworks软件和ADAMS软件建立了轴箱轴承内圈剥离故障动力学模型,通过与滚振实验台轴箱轴承实验对比,验证了所提模型的准确性.通过动力学仿真分析可知,轴箱轴承故障侧的滚子与内圈接触载荷大于非故障侧与正常轴承,故障侧保持架的振动大于非故障侧与正常轴承,内圈故障冲击加剧了轴承保持架与外圈的质心波动.最后,进一步对比考虑轮轨激励下与定载荷下故障轴承仿真结果发现,受轮轨激励的影响轴承内部各个元件间的接触载荷显著增大,轴承保持架与外圈质心运动轨迹盒维数显著增大.研究成果对揭示实际工况下高速动车组轴箱轴承内部元件振动特性规律具有重要意义.     

频带变化类列车轴承故障机理分析

在列车轴承故障诊断中,常因负载变化、转速波动等因素的影响,导致振动频谱频带发生整体迁移的情况,从而产生频谱混叠.针对这一问题,从频带变化类列车轴承故障的动力学特性出发,通过分析列车轴承故障冲击信号的特点和表现形式,结合动力学分析方法,对调频和调幅以及调幅调频混合故障的特点和动力学特性加以研究.分析了频带变化类列车轴承故...     

极小样本下高速列车轴承的可靠性评估

针对高速列车轴承在极小样本零失效情况下的可靠性试验评估问题,采用Bayes数据统计理论将先验信息与试验信息进行融合,建立累积失效概率数学模型,根据最小二乘法求解出二参数威布尔分布中的待定参数,得出高速列车轴承可靠性数学模型.研究结果为评估高速列车轴承的可靠性和运行安全性提供了一定的理论依据.     

高速列车侧风效应的数值模拟

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变.基于三维定常可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对某型高速列车以350 km/h的速度在25 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了数值模拟计算,分析了不同风向角的侧风对列车全车,以及受电弓、转向架和风挡等局部区域的作用.结果表明:在侧风作用下,列车的周围包括转向架处均产生复杂的涡流,压力分布十分复杂,转向架对流场的影响不容忽视;随着风向角(0~90°)的增大,侧向力系数及倾覆力矩系数也增大,列车倾覆及脱轨的风险性增加,且头车的倾覆力矩系数远大于中间车和尾车的倾覆力矩系数,应注重对头车的气动性能研究.     

高速列车塞拉门瞬态动力学分析

建立了高速列车塞拉门等效分析模型,设定了高速列车交会时动力学栽荷,对高速列车塞拉门进行了模态分析并数值模拟其在动栽荷下的瞬态响应．     

高速列车数字化仿真平台仿真性能分析

介绍了高速列车数字化仿真平台的工作原理,分析了耦合器、执行机、数据监控3个子系统在仿真过程数据的产生、传输、处理及存储等方面对仿真系统仿真速率的影响,提出了以数据监控子系统为核心的仿真过程数据存储方式.实验结果表明,该方法可大大减少仿真过程数据在传输、处理及存储等方面对系统仿真性能的影响.     

高速轴承的动态特性试验

作者利用自己研制的高速、精密、微型轴承试验装置,研究了高速轴承的动态特性,包括转速、润滑剂粘度与数量、轴向预载、初始油量等因素对轴承摩擦力矩的影响以及温升与转速的关系。     

电主轴轴承高速性能的分析

根据Ｊｏｎｅｓ套圈控制理论建立的动静分析法，确定考虑球离心力和回转力矩，球和滚道之间的接触状态和运动状态，进而预测旋滚比。分析了影响高速性能的因素和实现高速化的途径。所得结论和计算程序对高速轴承的开发应用有实用价值。     

强侧风作用下带制动风翼板高速列车周围流场结构分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对不同风向角强侧风作用下带制动风翼板高速列车及风翼板表面时均压力分布规律、周围时均流动结构及瞬态流动结构等气动效应进行了数值模拟.初步研究结果表明：强侧风影响下,列车外围流场结构复杂多变,随着风向角在0°～180°内逐渐增大,头车首排制动风翼板前后形成的高压区和低压区、头车司机室上方形成的低压区、尾车司机室与车身连接处形成的低压区及车顶形成的低压区影响范围呈先扩大后逐渐缩小的变化趋势;同时随着风向角的逐渐增大,列车头车和尾车鼻尖处形成的高压区域影响范围逐渐变小、减弱.     

基于谐波小波包变换的高速列车走行部故障特征提取与识别

文章针对高速列车行走部故障识别难的问题,提出了一种基于谐波小波包分解和相像系数的故障特征提取与分类识别方法,用谐波小波包分解法对各类故障信号进行多层分解,从中提取能反映各类故障特征的频带能量信息组成特征向量,通过计算和比较信号特征向量与不同故障特征向量的相像系数,实现对故障的识别与分类。实验结果表明,该方法能有效地识别列车正常、空气弹簧失气、抗蛇形减震器全拆及横向减震器全拆4种情况,同时在不同速度下均取得了满意的识别率,验证了该方法的有效性。     

高速列车数值计算模型网格划分方法研究

网格生产技术是CFD数值模拟计算的关键技术,网格的优劣直接影响计算的收敛性,决定着数值计算的准确精度和计算成本。结合ICE2高速列车简化模型,使用ICEM CFD软件,划分结构化网格和非结构化网格,比较两种网格的网格质量,对比数值计算结果,总结不同网格类型的优缺点和适应性,为复杂车体模型的网格划分提供参考依据。     

高速列车线性涡流制动的特性研究

研究了线性涡流制动的特性方程，在低速区和高速区分别推导出特性曲线方程．对方程使用试验数据进行验证，表明特性曲线方程能很好地吻合试验数据．根据特性曲线方程可以更好地理解涡流制动的物理过程，同时也可将其用在磁悬浮涡流制动器的优化设计中．     

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

高速圆柱滚子轴承保持架动力学分析

高速圆柱滚子轴承保持架动态性能及可靠性直接影响着轴承的工作性能,其运动不稳定性易造成轴承早期失效。本文在高速圆柱滚子轴承动力学研究基础上,建立了轴承保持架瞬态动力学方程,利用Newton— Raphson和龙格-库塔算法,对轴承保持架动态性能进行了分析,并开发了相应的分析软件,在此基础上,对保持架设计参数与轴承保持架动态性能关系进行了研究。研究结果表明,引导间隙和兜孔间隙是影响保持架稳定性的重要因素。     

高速列车车顶受电弓气动噪声仿真研究

随着我国高速动车组运行速度的不断提升,其产生的噪声对乘客舒适度及周边环境的影响也日愈严重。列车运行时,其噪声源主要包括振动噪声、气动噪声和牵引电机等设备产生的噪声。利用ANSYS的FLUENT流体力学分析模块,建立了350 km/h下受电弓三维有限元仿真分析模型,求解了列车不同运行速度下受电弓表面脉动压力及环境中的噪音强度。研究成果为抑制列车高速运行时受电弓的产生的噪音污染提供了一定的理论基础。     

载荷及速度对高铁轴箱轴承温升的影响度

实际运用中,载荷和速度两个导致轴箱轴承温升过高的关键因素混合存在,很难确定各自对轴箱轴承温升过高的影响程度如何,严重影响了轴承故障的原因判断。针对该问题,以350 km/h高速动车组轴箱轴承为研究对象,根据其实际运用条件,确定载荷、速度等外部因素的水平;通过台架交叉试验方法,制定合理的交叉试验方案;结合敏感度分析方法,定量分析和对比载荷、速度对高速动车组轴箱轴承温升的影响度。结果表明:载荷的增大和速度的提高都会引起高速动车组轴箱轴承温升的增大,且越来越剧烈;高载荷水平下,速度的提高引起的轴箱轴承温升的增长率更大;一定速度水平下,轴向载荷的增大引起的轴箱轴承温升的增长率不一定越大;相比载荷的增大,速度的提高对轴箱轴承温升的影响更加明显。研究成果将为高速列车的可靠性提高、寿命延长和修程修制提供理论参考。     

高速列车空调风道的降噪研究

为降低高速列车空调机组运行时通过风道传递到客车室内的噪声,以VA ONE仿真软件为平台,以实测的空调机组噪声频谱数据为依据建立某型高速列车空调风道计算模型;并通过实验对仿真模型的有效性进行了验证。然后探讨了在风道模型内粘贴不同吸声材料的降噪效果;并对比了吸声材料的长度和厚度对风道降噪效果的影响。结果表明,在风道内粘贴吸声材料为2D聚酯纤维,厚度为25 mm,且其长度大于1.785 m时,降噪效果较为明显。     

高速试验列车动车光纤总线网的研究

报告了一种用于高速试验列车动车内连接主控节点与各受控设备的光纤总线网．该总线网作为高速列车通信网的重要组成部分,以光纤作为媒质,结构简单,并具有高可靠性和高实时性．对其网络结构、关键技术及硬件结构和软件设计进行了详细的讨论,并给出了电磁兼容性试验结果