基于振动信号的滚动轴承复合故障诊断研究综述

滚动轴承是旋转机械的关键部件。工作原理与工作环境决定了其具有易损、易耗特点。对其进行故障识别与诊断是保证设备运行安全可靠的必要手段。在工程应用中,轴承复合故障发生率高于单一故障,且特征识别较为困难。文章面向基于振动信号的滚动轴承复合故障诊断领域,按照传统诊断、智能诊断分类,从算法历程、基本原理、应用效果、算法优缺点等角度,对各种诊断方法进行了论述和分析,对轴承复合故障诊断方法的研究趋势进行展望。

环境温度对地铁刚性接触网弹性与弓网受流质量影响研究

近年来全国地铁大面积发生弓网异常磨耗事件,特别是冬季异常磨耗已然成为常态,2022年全国有30余条地铁线路出现此现象,经济损失达数亿元。为了研究环境温度对弓网关系的影响,文章首先建立了某地铁线路刚性接触网有限元模型,计算得到环境温度-20~20℃下接触网刚度曲线,并分析了环境温度对接触网刚度影响规律;然后,构建地铁变刚度弓网耦合动力学模型,依据EN 50119等标准验证了其准确性,并计算了环境温度(-20~20℃)、列车运行速度(40~90 km/h)、受电弓静抬升力(70~160 N)、定位线夹卡滞工况下的弓网接触力,着重分析了环境温度对弓网接触力、弓网受流质量的影响规律。结果表明:环境温度与弓网接触力、受流质量具有强正相关性,当环境温度低于0℃时,弓网受流指标将严重恶化;线夹卡滞会对弓网接触力、受流质量带来恶劣影响,而且行车速度越高影响越大。

车轮多边形磨耗对地铁列车蠕滑特性的影响分析

为研究车轮多边形磨耗对轮轨接触蠕滑特性的影响,依据多体动力学理论和滚动接触理论,建立基于地铁列车参数的多体动力学模型,并计算多工况下车轮踏面磨耗指数,分析车轮多边形阶数和幅值变化对轮轨力、蠕滑率和蠕滑力等特性的影响,结果表明:蠕滑率以及蠕滑力会随车轮多边形阶数和幅值的上升而增大;车轮踏面磨耗随地铁列车运行里程的增加而逐步增大。使用轮轨垂向力指标,根据车速小于160 km/h,轮轨力应不大于200 kN的标准,确定地铁列车80 km/h运行速度下3~23阶多边形幅值安全限值,结果表明多边形幅值安全限值随阶数增加呈下降趋势。

基于信息图-MCKD的高速列车牵引电机轴承故障诊断算法研究

高速列车牵引电机轴承故障特征微弱且干扰噪声强,为解决电机轴承故障特征难以提取的问题,文章提出了一种基于谱负熵信息图与最大相关峭度解卷积(MCKD)的电机轴承故障诊断方法。首先,对故障轴承振动信号进行基于谱负熵的信息图处理,确定最佳中心频带和带宽,从而对轴承振动信号进行带通滤波;然后,对滤波后的信号采用MCKD方法进行故障特征增强;最后,对故障特征增强后的信号进行包络分析,识别出电机轴承的故障特征。经仿真信号和台架试验数据验证,结果表明,信息图-MCKD方法对牵引电机轴承故障诊断具有良好效果。

重加权Infogram算法及其在轴承故障诊断中的应用

针对轴承故障诊断中传统脉冲量化指标性能受限,无法正确指示在强背景噪声掩盖下的轴承故障频带的难题,提出了重加权平方包络负熵(reweighted negentropy of the squared envelope,RNSE)和重加权平方包络谱负熵(reweighted negentropy of the squared envelope spectrum,RNSES),它们不仅能够在无周期先验知识情况下保持对故障周期性脉冲敏感性,而且对于随机脉冲也有较强的鲁棒性。进一步地,为提取轴承振动信号中的故障特征,基于RNSE和RNSES的加权平均值提出了重加权信息图(reweighted infogram,Rinfogram)算法。利用轴承故障仿真信号和高速列车牵引电机轴承台架试验信号证明Rinfogram算法能够在强噪声干扰下成功识别故障频带,对于随机脉冲干扰具有很好的鲁棒性,其故障特征提取效果优于基于谱峭度的Kurtogram和传统Infogram,从而提高了轴承故障诊断的准确性。

EMD端点双极值延拓方法研究

使用经验模态分解(EMD)进行信号处理过程时,端点效应抑制是关键步骤。这里提出了一种基于包络匹配的双极值点延拓算法,实现了对EMD分解过程中端点效应的抑制处理,并通过了仿真验证。首先,将端点处连续的几个极值点的包络线作为模板子波;再者将模板子波与波形内部的极值包络进行有效匹配;然后将匹配区段前方的两个极值点作为延拓极值进行极值延拓,实现了抑制EMD分解过程中端点效应的目标。并通过仿真数据,验证了算法的有效性。

基于连续交叉小波相干分析和自适应CYCBD的轴承故障诊断

最大二阶循环平稳指标盲解卷积(maximum second-order cyclostationarity blind deconvolution,CYCBD)能从强背景噪声信号中恢复周期脉冲,是轴承故障诊断的有效方法。故障特征频率是CYCBD的关键参数,由于滚动轴承存在制造误差、滚子滑移等现象,导致真实的故障特征频率与理论值存在偏差,降低了CYCBD的有效性。同时,故障轴承测试信号中含有大量噪声和谐波干扰,也降低了CYCBD的故障特征提取能力。对此,提出了一种基于连续交叉小波相干分析和自适应CYCBD的轴承故障诊断方法,首先,利用正常轴承、故障轴承测试信号的交叉小波相干分析获取轴承故障共振频带。其次,基于3种归一化的周期检测指标提出一种新的周期检测技术以获取真实的轴承故障特征频率。最后,基于轴承故障共振频带信号和真实轴承故障特征频率进行CYCBD滤波,并针对滤波信号进行Teager能量算子解调分析得到能量频谱,从而进行轴承故障诊断。仿真信号和高速列车牵引电机轴承试验信号的分析结果表明,该方法能够有效识别轴承故障特征,且优于传统的CYCBD方法。

基于复合基尼指数和最大相关峭度特征模态分解的轴承故障诊断算法

最大相关峭度特征模态分解可以有效去除冗余信息,实现故障特征增强,但是其效果受分解模态数量、初始化滤波器个数和滤波器长度的影响。针对此问题,文章提出了一种基于复合基尼指数(Compound Gini Index,CGI)与最大相关峭度特征模态分解(Maximum Correlated Kurtosis Feature Mode Decomposition,MCKFMD)的轴承故障诊断方法。首先,将时域平方基尼指数和频域平方基尼指数结合,构建了一种能够同时量化时域和频域周期性脉冲丰富度的新稀疏测度指标,命名为复合基尼指数,并对其性能特性进行评估验证;其次,使用CGI作为沙丘猫群优化算法(Sand Cat Swarm Optimization,SCSO)寻优的适应度函数,快速准确地得到MCKFMD的最优参数组合,实现故障信号的自适应分解;最后,利用CGI选取最优模态,并进行希尔伯特包络解调,实现故障特征提取。通过仿真信号和试验信号验证了所提方法的有效性。对比性研究表明,与参数优化VMD和固定参数MCKFMD相比,文章所提方法在提取周期性故障特征方面更为有效。

盾构施工扰动对天津结构性黏土动力特性影响的试验研究

盾构隧道施工扰动会改变周围土体的应力、应变状态,破坏土的结构性,从而影响隧道后期的地震响应.通过共振柱试验和动单剪试验,分析了施工扰动对天津结构性黏土动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:施工扰动程度越大,平均应力归一化动剪切模量的初始值越小(应力释放程度较大的D4试样的平均应力归一化动剪切模量初始值为无应力释放的D1试样的74%),在相同剪应变下的归一化动剪切模量越小,动剪切模量的衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大;土的结构性越弱,初始动剪切模量越小(无水泥掺量的B1试样的初始动剪切模量为4%水泥掺量的B4试样的59%),在相同剪应变下的动剪切模量越小,动剪切模量衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大.盾构隧道施工扰动对结构性黏土动力特性的影响机理为:施工扰动会使结构性黏土的结构破损、结构性减弱,从而导致其归一化动剪切模量减小,动剪切模量衰减速率增大,阻尼比增大.因此,在进行盾构隧道抗震设计时应考虑前期施工扰动引起的结构性黏土的结构破损对动剪切模量的影响.

基于特征融合的牵引电机轴承声学故障诊断

滚动轴承作为高速列车牵引电机的重要部件,其故障情况严重影响列车运行安全。声学轴承故障诊断方式具有无安装侵入性、运维成本低的优点,但也具有信噪比低、故障特征难以提取的缺点,机器学习则具有克服噪声影响的鲁棒性。针对应用机器学习进行声学故障诊断时,少量特征无法全面表征轴承故障的难题,文章提出将格拉姆角场(GAF)与小波时频图进行叠加融合,构成6通道融合特征图用以有效表征轴承的故障。首先,建立牵引电机轴承声学故障试验台获取故障声学信号;其次,建立基于GAF的声学信号融合特征图,然后使用残差网络(ResNET)模型针对融合特征图特征训练并验证故障分类模型,并与以单种特征图作为特征的故障分类方法进行准确率对比。结果表明,基于GAF的融合特征图的声学故障分类模型具有99.89%的准确率,融合特征图能更有效地映射轴承故障。

基于注意力机制的人脸虹膜双特征融合识别

针对单一生物识别方法存在的固有局限性,利用人脸和虹膜双生物模态信息,提出一种基于注意力机制和低秩多模态融合的身份识别模型(attention mechanism and low-rank multimodal fusion,ALMF)。在模型的人脸和虹膜特征提取网络中均嵌入改进的混合注意力机制(I_CBAM),增强有用特征的提取。利用模态特定低秩因子完成低秩多模态特征级融合(low-rank multimodal fusion,LMF),解决传统特征拼接方式无法充分实现各模态特征的互补、容易造成冗余信息和维度灾难等问题。使用简单高效的余弦距离完成特征模板的比对实现身份识别。实验结果表明,ALMF模型相比单一生物特征识别和传统融合识别算法具有更强的鲁棒性和准确率。

模态特征分量(IMF)在轴承故障诊断中的选用原则综述

经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)及其衍生算法近年来在轴承故障领域得到了广泛应用。该类算法可以基于振动信号自身的特点对其进行自适应分解,得到一组蕴含不同频率成分的固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)。但是该类算法由于自身分解规则的缺陷不可避免地存在端点效应与模态混叠现象,从而产生了一些虚假IMF分量,影响轴承故障诊断的准确性。此外,EMD类算法分解得到的IMF通常是噪声或干扰信号,只有少数分量能够反映轴承故障特征。因此,如何筛选含有丰富故障信息的敏感IMF是该类算法的关键。文章首先介绍了EMD及其衍生算法,然后总结了目前在滚动轴承故障诊断领域中选取敏感IMF的主要准则,并阐述了其优缺点。

轨道交通乘客信息系统云播控技术应用研究

轨道交通乘客信息系统(passenger information system,PIS)是以通信和多媒体技术为基础,基于多种显示终端为乘客提供全方位、多场景的信息服务系统。针对目前轨道交通乘客信息系统面临的硬件投资过剩、部署调试效率低、播控传输链路长、可靠性差的弊端,提出“系统入云、播控入屏”的新一代乘客信息系统的云播控技术架构,详细阐述云播控架构通过变革传统音视频传输方式带来的技术优势,并分析多显示终端画面难以同步的问题。研究结果表明,云播控技术可以减少50%的故障节点,有效提高部署调试效率,实现集约化建设的目标,并能够针对乘客从进站到出站的出行全链路进行多种个性化场景的应用支撑。

受电弓滑板轮廓检测中多视觉传感器全局标定方法研究

针对受电弓滑板轮廓检测中,碳滑板横向空间尺度大、传感器视角交叉的特点,提出一种地面多视觉传感器系统配置方案及二维靶标和三维靶标相结合的标定方法,对检测系统中的多视觉传感器进行全局标定。首先采用二维靶标标定单个视觉传感器,完成单视觉传感器标定后,将三维靶标置于相邻两视觉传感器的交叉视角范围内,通过靶标在不同摄像机视角下三维特征点之间的映射关系,求解相邻摄像机的外部参数。综合所有摄像机的内外部参数、结构光平面方程,建立统一坐标系下的数学标定模型。最后通过三维靶标特征点相对间距和真实距离对比进行试验验证。研究结果表明该方法标定精度较高、可操作性好、结构稳定,能够有效进行滑板轮廓测量工作。

地铁车辆受电弓异常磨耗研究

弓网系统是城市轨道交通列车供电的中枢系统。较高的列车速度和复杂的列车运行环境会导致受电弓网系统产生剧烈的振动,从而引发高频燃弧和弓网异常磨耗现象。为了探究弓网异常磨耗的机理,文章以某地铁线路为例,研究了各运行指标与弓网异常磨耗关系及各指标间的联系。首先,通过阐述弓网运行状态指标定义及计算公式,提出弓网异常磨耗主要影响指标的选取。搭建某地铁数据采集系统,获取地铁线路运行实测数据;其次,统计分析新旧滑板在不同工况下各个指标分布的规律和变化趋势,研究了各个指标之间的相关性;最后,采用时空维度关联分析法,基于同一工况分析各个指标在空间与时间两个维度上存在的内在联系与差异。研究结果表明:滑板与接触线磨合初期,由于未形成光亮氧化层以致接触不够稳定,导致弓网接触燃弧率增加,从而使得弓网燃弧率上升,但指标间变化趋势并不明显。随着滑板运行至稳定磨耗期,受电弓离线率、燃弧和硬点异常率存在较大的相关性,当其中有一项指标发生异常时,总伴随其余指标发生异常。异常磨耗的发生常伴随有弓网运行指标的异常,可通过对运行参数的监控,完成对弓网异常磨耗的监测和预防,为研究弓网异常磨耗机理提供了一种有效方法。

CT诊断胸腹部动脉破裂损伤(附6例报告)

目的探讨CT增强扫描对外伤性动脉损伤或破裂的价值。方法回顾性分析经手术证实的6例外伤性动脉损伤或破裂患者的CT资料。结果本组6例CT扫描均明确显示动脉损伤破裂的直接或间接征象。CT增强扫描能很好地显示动脉损伤或破裂,对比剂外溢为动脉破裂的直接征象。结论 CT增强扫描对外伤性动脉损伤或破裂有定位、定性诊断价值,可以作为疑有外伤性动脉损伤或破裂患者的首选检查。

广西弄岗穂鹛不同季节的觅食地选择

2010年7—9月(雨季)和2010年11月—2011年2月(旱季),在广西弄岗国家级自然保护区采用样线法和样方法对弄岗穗鹛(Stachyris nonggangensis)觅食地选择进行研究。主成分分析表明,雨季的乔木层因素和落叶及草本层因素、旱季的地形地貌因素以及草本与灌木层因素是其觅食地的主要特征。圆形分布统计分析显示,雨季和旱季其觅食地多位于中缓坡。与对照样方的差异性检验显示,弄岗穗鹛雨季偏好乔木盖度低的生境,旱季则偏好中、下坡位、灌木高度较高且落叶厚度大的生境。两个季节觅食地的比较显示,其旱季觅食地处于较低海拔,且多位于中、下坡位;旱季草本盖度小于雨季,而落叶盖度和落叶厚度则大于雨季。逻辑斯蒂回归分析表明:弄岗穗鹛雨季觅食地选择以海拔、坡度以及落叶盖度等3个变量为综合考量,而旱季则以坡位、乔木盖度、草本盖度以及落叶厚度等4个变量为综合考量。

18种氨基酸的HPLC内标测定法

高效液相色谱法测定氨基酸的报道甚多,其中以 Pico-Tag 法发展较快,它已从18种氨基酸扩展至一次可测定37种以上的氨基酸。其衍生物稳定,方法灵敏度高,分离度好,速度快,是有推广意义的检测手段。一般报道均使用进口试剂。本文所用试剂全部为国产,并选用α-氨基丁酸为内标,出峰位置恰好在正中间空档部份(图1),测定复方氨基酸注射液更为理想。

基于LQR的高速受电弓最优半主动控制研究

论述受电弓控制类型及特点,探讨改善弓网动态性能的主要措施;建立受电弓最优主动控制和最优半主动控制模型;利用simulink仿真手段,对被动控制、最优主动控制、最优半主动控制下的弓网动态性能进行研究,进而依据相关评价体系分析最优主动控制和半主动控制策略对弓网动态特性和受流质量的影响。研究表明,受电弓的主动与半主动控制可有效改善弓网振动性能,而半主动控制具有所需外界能量少、控制过程无条件稳定、控制效果与主动控制接近等特点,将成为新型受电弓的主要研究方向。

基于VR技术的CHR1转向架虚拟装配研究

为探讨虚拟装配技术在高速转向架设计、制造、检修中的作用,阐述了虚拟现实系统的开发流程,并针对CHR1转向架,使用SolidWorks建立了零件的三维模型,然后将三维模型导入3D Max中,进行渲染、材质、灯光等处理,并导出Nmo格式的文件,最后将Nmo文件导入Virtools,编写脚本程序,完成了CHR1转向架的虚拟装配平台的开发。在平台中,可以从任何角度和任何位置观察转向架构造;可以按照既定的装配顺序,采用点击或拖动方式完成CHR1转向架的虚拟装配过程。研究表明,虚拟装配技术对提高产品设计生产并行性、降低产品生产成本、减少产品上市时间、产品展示和培训检修人员技能等都具有较为重要意义。