基于SARIMA和SVR组合模型的转向架系统寿命评估

随着地铁运营时间和里程的增加,地铁车辆逐渐接近其理论寿命,为确保车辆运行安全性,需对其重要子系统进行健康状态及剩余寿命评估。文中选取车辆转向架系统作为研究对象,提出了一种基于协方差优选法的季节性回归移动平均(SARIMA)和支持向量回归(SVR)的组合模型对转向架寿命进行评估。首先,将车辆转向架系统历史故障率转化为健康指数,然后基于协方差优选法将SARIMA和SVR进行赋权组合,根据转向架系统历史健康指数进行预测,最后建立历史和预测的健康指数与运行时间的数学模型,分析得到转向架系统的剩余寿命。以某地铁车辆转向架系统为例进行算例分析及验证,结果表明组合模型可更准确地预测其健康状态,为有关维修部门开展维修维护策略提供理论依据,估计得出其剩余寿命,为车辆寿命后期退役及延寿决策提供理论数据分析支撑。

基于耦合模型的地铁牵引电机轴承复合缺陷振动特性分析

为探究车辆运行工况下牵引电机轴承缺陷状态的振动特性,基于轨道-车辆耦合动力学及轴承动力学理论,提出一种包含齿轮传动系统和牵引电机的轨道-车辆-轴承耦合动力学模型。模型中综合考虑轨道不平顺、时变啮合刚度、轴承表面单一和复合缺陷等复杂激励。基于该动力学模型研究在轨道不平顺激励下牵引电机轴承在单一缺陷和复合缺陷状态下的振动特性。计算结果表明:相对于单一缺陷状态,牵引电机轴承在复合缺陷状态下所受到的缺陷冲击更加强烈和复杂;受轨道不平顺激励以及自身缺陷冲击的综合影响,电机轴承振动加剧;缺陷轴承的振动加速度会随着车辆运行速度的提高和缺陷宽度的增大而增大。计算结果可为牵引电机轴承的故障诊断和状态监测提供理论依据。

基于空-频域联合滤波的列车轴承轨旁声学诊断

现有的列车轴承轨旁声学诊断方法多集中在多普勒效应去除、空间滤波器优化等方面,忽视了轨旁环境中存在的大量冲击性噪声及循环平稳性噪声的影响。针对此问题,文中提出了一种波束形成和目标频带选择结合的列车轴箱轴承轨旁声学诊断方法。该方法采用传声器阵列采集列车轴承阵列声信号,通过时域插值重采样方法校正信号畸变,使用波束形成空间域滤波器提取目标轴承方向信号,利用ICS2gram选取最优解调频带并提取带通信号,对带通信号进行包络分析实现轴承诊断。实验结果表明,该方法能够在轨旁声场环境下有效避免冲击性噪声和循环平稳性噪声带来的影响,准确提取目标轴承信号并诊断出轴承故障,相较于现有方法表现出了更好的效果。

考虑轨道不平顺激励的轴箱轴承振动特性分析

轴箱轴承在运行工况下的振动特性对于保障行车安全具有重要意义。首先,基于Ansys与Simpack联合仿真平台,分别建立了轨道-车辆系统动力学模型和考虑外圈局部故障的轴承座-轴承有限元模型;其次,对动力学模型施加轨道不平顺激励,输出轴箱径向载荷作为有限元模型的外载荷;然后,将仿真值与理论值进行对比,证明了所建立的轴箱轴承联合仿真模型的有效性;最后,基于此模型分析了轨道不平顺激励时不同宽度故障以及不同故障边缘对轴承振动特性的影响。结果表明:随着故障宽度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS逐渐变大,故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值先增大后减小;随着故障边缘平缓程度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS值、故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值逐渐降低;轨道不平顺激励增加了轴承的振动。

基于数据驱动的声源表面振速稀疏恢复方法

准确描述声源结构的表面振速具有重要意义,振速描述的准确性主要依赖于声源表面的测点数,而增加测点数会导致测量成本增加.为了解决这一问题,提出一种基于数据驱动的声源表面振速的稀疏恢复方法.首先,通过等效源法利用数值仿真获得振速的训练样本;然后,通过K-SVD字典训练方法训练出声源表面振速的稀疏基;最后,通过稀疏正则化实现从有限的测量数据中恢复整个声源表面的振速.为了验证方法的有效性,给出了简支板的数值仿真,并在消声室内进行了实验验证.仿真与实验的结果表明,在测量点数较少的情况下,使用数据驱动的声源表面振速稀疏恢复方法相较于常规等效源法的恢复精度更高,且该方法的性能更加稳定,为声源表面振速的测量提供了新的方案.

基于迭代融合优化算法和WPHM的牵引电机轴承可靠性评估

为了评估列车牵引电机轴承的运行可靠性,提出一种基于反向指数鲸鱼群(OEWOA)与粒子群(PSO)迭代融合的优化算法和威布尔比例故障率模型(WPHM)的评估方法。提取振动信号的时域、频域特征指标,利用主成分分析法(PCA)进行特征信息的融合,将融合后的特征指标作为WPHM的响应协变量进行可靠性评估。针对模型中多个参数直接求解困难的问题,利用反向学习策略(OBL)和指数收敛因子提高鲸鱼算法(WOA)的搜索能力,迭代融合PSO算法良好的收敛能力;通过OEWOA的探索指导PSO的迭代,避免PSO陷入局部最优,从而彻底探索搜索空间,同时使用PSO限制OEWOA的搜索,以便更快地将解收敛到全局最优值。应用该优化算法对WPHM中多个参数进行求解,实现牵引电机轴承运行可靠性的评估。结果表明,该方法与PSO、WOA等优化算法比较,具有更快的收敛速度和寻优能力。

考虑轴承径向游隙变化和电动机气隙偏心的轨道车辆牵引电机轴承等效电容计算

考虑轴承径向游隙变化和电动机气隙偏心,基于赫兹接触理论将轴承等效电容分为赫兹接触电容和非赫兹接触电容,建立轴承等效电容计算模型,基于该模型分析了热稳定过程中滚子与滚道之间的间隙、最大径向载荷、赫兹接触面积、赫兹接触电容和非赫兹接触电容的变化,结果表明:滚子与滚道之间的间隙随温度升高先减小后趋于稳定,最终小幅增加;滚子最大径向载荷随温度升高先减小后趋于稳定;赫兹接触面积随温度升高先减小后增大;赫兹接触电容和非赫兹接触电容随温度升高先增大后趋于稳定。通过与有限元法对比验证了轴承等效电容计算模型的正确性,即热稳定过程中轴承等效电容随温度升高先增大后趋于稳定。轴承电压和EDM电流的计算结果表明,二者均随温度升高逐渐增大,且电动机气隙偏心度增大会使EDM电流增大,加剧轴承电腐蚀。

基于改进CNN的轴承声学故障诊断

针对轴承振动信号在复杂机械中难采集和跨转速域工况下传统故障诊断方法精度低的问题,文中提出了一种基于Teager能量算子和卷积神经网络的滚动轴承声学故障诊断方法,即TEO-CNN。将轴承声学信号的Teager能量算子作为模型的输入,使用卷积神经网络学习输入的抽象特征,并结合全局平均池化层和全连接层实现轴承健康状态识别。模型验证基于轴承声学实验数据,并通过构建不同的轴承声学数据集模拟跨转速域工况。试验结果表明,与传统卷积神经网络和机器学习模型相比,TEO-CNN表现出明显的优势,并且在跨转速域工况下的预测精度始终高于95%。

基于互谱矩阵函数的多声源识别方法

为解决多声源识别中的混叠问题,提出一种基于互谱矩阵函数的多声源识别方法。首先,对与各峰值源相关的互谱矩阵进行特征值分解,并利用特征值和特征向量构造其函数;其次,在反卷积迭代过程中,将该函数用于计算移除各峰值源后的互谱矩阵函数和输出功率;最后,将与各峰值源相关的干净波束和剩余功率谱叠加,获得多声源的分布图像。仿真与实验结果表明,该算法的输出波束主瓣窄、旁瓣低,可有效提升传统反卷积算法的动态范围,实现多声源的高分辨率识别。

基于FPGA的轨旁列车轴箱轴承声学检测系统设计

现有的轨旁声学检测系统存在功耗高、成本高、系统可移植性差等问题。因此设计并实现了基于FPGA的40阵元数字MEMS传声器阵列轴承声学检测系统。首先给出检测系统硬件架构以及模块设计方案并在FPGA上实现了PDM信号传输;然后基于UDP协议实现了以太网传输模块。使用去多普勒技术去除信号畸变,通过波束形成技术定位轴承并获取其声信号,最后利用包络解调实现轴承诊断。实验结果表明该系统能在轨旁条件下有效获取轴承信号并实现声学检测。

非自由声场中目标声场还原与重建的等效源方法

为消除在非自由声场中重建声场时干扰声源对重建效果的影响,提出一种采用单个测量面上的声压和质点振速作为输入、等效源法作为分离和重建算法的非自由声场中目标声场还原与重建方法。该方法首先利用单面声压-质点振速测量和基于等效源法的声场分离技术将测量的混合声场分离为来自目标声源的向外传播的声场和来自干扰声源的向内传播的声场,然后利用向内传播的声场和目标声源的边界条件计算出干扰声在目标声源表面产生的散射声场,并将其从向外传播的声场中去除,还原出目标声源在自由声场条件下的辐射声场,最后利用还原的声场实现目标声场重建。通过数值仿真和实验检验了该方法的有效性和必要性。仿真和实验的结果表明,该方法可以在非自由声场的测量条件下,有效地去除干扰声的影响,实现目标声场的准确重建。

采用稀疏测量的高分辨率相干声场分离

现有相干声场分离方法受限于采样定理,要获取高分辨率的分离结果需要大量的测点。为降低测量成本,提出一种采用稀疏测量的高分辨率相干声场分离方法。该方法首先根据波叠加原理构建传递矩阵,然后通过奇异值分解技术获取声场的一组稀疏正交基,最后利用稀疏正则化获取权重系数的稀疏解并将其用于分离目标声场。仿真和实验结果表明:在测点数较少的情况下,该方法相较于常规等效源声场分离方法的分离精度更高。同时,常规等效源声场分离方法的分离结果分辨率受限于测点数目,而该方法可以在测点数较少情况下实现高分辨率的相干声场分离。

“城市轨道车辆故障诊断技术”课程建设探究

本文分析了"城市轨道车辆故障诊断技术"课程的课程定位,针对课程定位和课程特点,剖析现有教学内容和方法中存在的问题,从课程目标、课程内容、教学手段和评价体系以及师资队伍建设四个方面提出了改进和优化方案,为该课程教学水平的提高提供了有效保障。

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。

复杂封闭声场面板声学贡献度识别的等效源法

针对由复杂结构振动形成的封闭空间声场,提出了一种基于等效源法的面板声学贡献度分析方法。该方法首先利用基于等效源法的内部声全息技术,重构出振动结构表面的法向振速并实现对整个内部封闭声场的预测。再将振动结构的每个面板在腔体内部场点产生的声压分别用位于空腔表面附近的等效源在该点产生的辐射声压代替,将复杂的封闭非自由声场问题转化为简单的内部自由场问题,结合重建出的结构表面法向振速进而识别出封闭振动结构各面板对腔体内任意位置的声学贡献度。通过对复杂结构内声场的数值仿真和验证实验,分析了等效源的数量及与重建面距离等参数对重建精度的影响,结果表明所提方法不仅能够达到传统数值分析方法的计算精度,而且具有更简单的求解过程。

采用小波变换和盲源分离的电机轴承故障诊断

针对地铁车辆转向架牵引电机轴承故障,提出一种结合小波变换和盲源分离的轴承故障识别方法。首先从原始信号频谱中判断轴承高频共振信号的大致频带范围以确定小波分解层数;其次利用小波分解提取轴承高频共振信号成分;然后利用盲源分离方法从小波分解后的重构高频信号中分离故障特征信号;最后对故障特征信号进行Hilbert解调并通过包络谱分析提取故障特征频率。对上海地铁某型地铁车辆转向架牵引电机进行试验,试验结果证明该方法能清晰、准确地识别轴承故障特征。

换流站阀水冷系统主泵轴承故障诊断方法研究

对换流站阀水冷系统主泵轴承的故障诊断方法进行了比较研究。采用支持向量机作为分类工具,分别利用时域特征值和小波包分解取样本熵作为样本训练,比较分类准确率,并择优用于换流站阀水冷系统主泵的轴承故障诊断。首先,利用轴承故障试验台的数据,对采用时域特征值和小波包分解取样本熵作为样本训练的分类准确率进行了比较,结果表明小波包分解取样本熵值比时域特征参数更适合用于特征故障分类。然后将小波包分解取样本熵值用于换流站阀水冷系统主泵的轴承故障诊断,结果显示分类准确率达98%,完全满足工程运用需求。

基于GSO算法的自适应随机共振轴承故障诊断

针对强噪声下轴承故障弱信号较难检测和传统仅靠单参数优化随机共振系统问题,提出一种基于萤火虫优化算法(GSO)的自适应随机共振轴承故障信号检测方法。首先按固定频率压缩比压缩频率;然后以传统随机共振系统输出信噪比作为GSO算法的初始荧光素,利用GSO算法选取随机共振系统的结构参数a、b;最后通过双稳随机共振系统的输出信噪比检测轴承故障弱信号是否增强,通过系统的输出时域图分析信号的周期性,通过功率谱分析轴承故障弱信号的特征频率。仿真验证与试验验证结果分析表明,该方法可检测出轴承故障弱信号,实现弱信号的增强和降噪。

虚拟现实技术在《城市轨道交通车辆认识实习》中的应用分析

基于虚拟现实技术,进行了城市轨道交通车辆认识实习课程教学的研究。在虚拟现实中构建出与真实地铁车辆一致的场景,学生利用VR设备沉浸式学习车辆的关键结构及原理,并可使用双手柄与场景进行交互虚拟拆装操作,使其知识、能力、素质协调发展,对于提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力有着重要的意义。

基于经验模式分解和排列熵的轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障声信号故障诊断中共振解调滤波参数较难确定以及故障诊断困难的问题,提出一种基于经验模式分解和排列熵的改进滚动轴承故障诊断解调方法。该方法首先对滚动轴承声信号进行经验模式分解,将其分解为多个本征模态分量;然后计算各本征模态分量的排列熵值和相关系数,根据联合系数最大化原则对筛选出的分量进行信号重构;最后,利用快速谱峭度对重构信号进行滤波分析,将峭度值最大的频段进行平方包络提取特征频率。将该方法用于滚动轴承故障声信号的实际数据进行分析,结果表明该方法能够有效提取滚动轴承故障特征,并且相较于传统的包络解调具有更好的效果。