基于轨道板振动加速度的钢轨振动加速度反演估计与现场验证

为研究高速铁路轨道板与钢轨之间的时空关联规律,提出变分模态-转换器(Variational Mode Decomposition-Transformer, VMD-T)反演模型,该模型通过分解轨道板振动加速度来反演估计钢轨振动加速度.首先,对数据进行预处理并利用双门限法检测振动端点,分离振动信号与静默信号、干扰信号,再将提取后的振动信号整合输入到VMD-T模型.其次,利用VMD模型将轨道板振动加速度数据分解成一系列不同的子模态,并网格遍历搜索与钢轨振动加速度相关系数最大的子模态,以降低原始数据的复杂度以及非平稳性,提升Transformer模型的特征抽取能力.然后,通过Transformer模型对搜索出的轨道板振动加速度子模态与钢轨振动加速度数据进行反演估计训练.最后,将该模型应用于某城际高速铁路轨道板与钢轨实测振动加速度数据反演估计试验.现场高铁试验结果表明:与单一Transformer模型相比,VMD-T模型均方根误差(RootMean Squared Error, RMSE)、绝对平均误差(Mean Absolute Error, MAE)及决定系数(R2_score)分别提升近20%、11%及48.1%,特征学习能力更强,反演估计效果更佳,初步实现钢轨垂向振动加速度幅值非接触式监测估计.

大流量高压燃烧加热器振动加速度测试分析

针对不同采样频率下(10、20、50、100、200 kHz)大流量高压燃烧加热器振动加速度差异较大的问题进行了研究,开展了冷吹试验、敲击试验、点火试验。采用时域分析法中的均方根、偏度、峭度,频域分析法中的功率谱密度,时频域分析法中的小波变换,并结合模态参数识别中的多参考最小二乘复频域法重点分析了10 kHz和200 kHz采样频率下的振动数据。获得了传感器的安装谐振频率、安装底座和待测设备组合体的固有频率以及加热器运行的主要频段,与声振频率计算公式的结果偏差小于5%。研究结果表明,采用10 kHz的采样频率能够有效表征加热器的振动情况,该方法可为大型复杂燃烧设备振动测试采样频率的选择提供参考。

基于振动加速度与声音信号融合的轨道交通列车轴箱轴承故障诊断方法

[目的]轴箱轴承是轨道交通列车转向架的关键零部件,其健康状态直接影响列车的运行安全。需建立更为科学、高效的轴箱轴承故障诊断方法,以有效提取强干扰噪声下的轴承故障特征信息。[方法]以振动加速度及声音信号(以下简称“振声信号”)为研究目标,分析了轴箱轴承振声信号的故障特征,提出了一种最优带通卷积滤波的信号降噪方法。该方法将原始信号在频域内划分为多个分段,确定不同分段的带通滤波参数,构建了多通道带通卷积滤波器组。采用时域指标分段峭度来选择最优滤波信号,并对最优滤波信号进行频率加权能量算子解调,以识别轴承的故障部位。[结果及结论]所提故障诊断方法可以在强干扰噪声下实现对振动加速度信号、声音信号故障特征的提取,仿真结果及现场试验结果均验证了该诊断方法的有效性。振动加速度、声音信号的故障诊断结论可相互补充验证,进一步提高轴箱轴承故障诊断的准确率。

基于振动加速度的转向架构架载荷反演研究

获取铁道车辆构架空簧、附属部件、轴箱弹簧及橡胶节点等关键接口在服役过程中的载荷特征是落实轨道车辆结构健康监测工作需要解决的关键问题。文章建立车辆系统动力学模型,推导了考虑转臂轴箱局部细化的车辆横向、垂向的动力学模型,并以此为基础使用卡尔曼滤波方法,通过系统状态方程对系统状态量进行估计反演计算,探索转向架构架载荷的估计方法。研究结果表明:考虑轨道不平顺激励的情况下,转向架构架的垂向载荷估计值与仿真值的相关性达到0.8以上,横向载荷估计值与仿真值的相关性超过0.6,估计值与仿真值时频域的变化趋势一致性较好。综合以上结果,可以证明该载荷估计方法在针对轨道车辆构架的关键接口载荷的反演计算中具有足够的精确性和稳定性,能够为后续对转向架关键位置的损伤监测与评估、剩余寿命计算和结构设计优化提供数据依据。

GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准,单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明,传感器100 Hz~2 kHz内平均振动灵敏度为511 mV/g, 20~100 kHz内超声灵敏度稳定在70~90 dB之间,相对不确定度小于2%;工作距离小于8 m时,数据传输速率在1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验,结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量,为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

高速铁路桥梁段振动加速度衰减变化及频谱特征分析

通过现场监测研究了高速铁路桥梁段以墩台为中心60 m范围监测点振动加速度的衰减变化及其频谱特征。各测点处列车运行荷载引起的地面竖向加速度响应以振源为中心随距离增大整体呈现衰减趋势,但在20~30 m处出现局部放大的现象,25 m处的Z振级相当于5~10 m处的振级。竖向1/3倍频程振级中桥梁墩台振源处达到了90 dB左右,随着距离的增加,高频振动呈现较快衰减,低频振动衰减缓慢、传播更远。1/3倍频程速度有效值除振源点外,其他测点能满足精密仪器对振动速度有效值12.5μm/s的限值要求,5~40 m的振动加速度有效值在各频段较为接近,50~60 m处低频段振动显著减弱。振动加速度局部放大段应重视高速列车运行对精密仪器生产厂区等的持续性影响。

有效值在振动加速度、速度、位移之间转换方法研究

目前,风电机组齿轮箱状态监测系统CMS采集的振动量多为振动加速度值,而《风电机组振动状态评价导则》等指导文件又常常以振动加速度、速度、位移三者的有效值作为参考指标。本文研究使用振动加速度采集量计算振动速度、位移有效值的方法,可以低成本、快速地实现有效值在振动加速度、速度、位移之间的转换。

竖向振动加速度三维特征图在地基注浆加固质量检验中的应用

动力设备基础注浆加固效果的质量检验通常采用标准贯入、静力触探等原位测试方法,但是生产繁忙、空间狭小的厂房无法满足原位测试条件。由此,本文提出了一种地基注浆加固质量检验的振动加速度三维特征图法:在加固范围内合理选取测点,采集各测点的三维加速度时程记录;分析反映能量特性(均方值、方差、均方根值)、冲击特性(峰值因数、脉冲因数、裕度因数)、分布特性(峭度、偏度指标、偏态因数)的时域指标,在三维坐标系中绘出各指标的特征点,加固前、后所有测点的特征点形成振动加速度三维特征图,由此可以直观、全面、准确地评价地基加固效果。通过研究一大型精密设备地基注浆加固工程验证了该方法的有效性:加固后各测点反映能量、冲击、分布特性的时域指标均有不同程度的降低,表明注浆加固效果良好。

基于轴箱振动加速度的高速动车组车轮载荷谱编制方法研究

提出了一种基于线路实测轴箱振动加速度的车轮载荷测量新方法。通过建立高速动车组动力学模型,开展时域仿真得到轴箱振动加速度和轮轨力的时域信号,并以轴箱振动加速度线路测试结果对仿真模型的有效性进行验证,依据3σ原则计算仿真结果中轴箱垂向和横向加速度以及轮轨作用力的统计值,获得由轴箱振动加速度推算车轮的载荷传递系数。应用载荷传递系数,结合线路实测轴箱振动加速度推算了车轮载荷-时间历程,并编制了车轮垂向和横向载荷谱。研究结果表明:基于轴箱振动加速度的车轮载荷谱推算方法切实可行,为车轮载荷谱编制工作提供了一种新的思路。

弹射冲击荷载下高速铁路路基振动加速度时频特性

高速铁路具有运营时速快、平顺性高等特点,将其作为列车机动发射站坪具有一定的优势,其振动加速度作为高铁路基结构破坏的关键参数有重要的研究价值.借助ANSYS有限元分析软件,结合弹塑性理论并引入三维一致粘弹性人工边界及其边界单元,建立半无限长无砟轨道-路基-地基非线性耦合静力学分析模型;在此基础上进行模态分析,得到了模型系统的振型、固有频率,进而建立了动力分析模型,并对比弹性地基梁板模型进行模型验证;基于上述动力分析模型,结合弹射冲击荷载得到了各结构层加速度时域信号;最后,基于EEMD-HHT变换对加速度信号进行时频分析.研究结果表明:各结构层加速度在荷载突变处取得瞬时加速度峰值,在0.17 s处取得加速度幅值;各结构层加速度成分主要分布在0~20 Hz,其中,2 Hz及10 Hz两处有明显峰值,且在2 Hz附近分布最为集中;自密实混凝土层、底座板、基床表层几乎没有发生加速度成分的吸收,而基床底层及以下有较大幅的吸收,因此,应重点关注0~20 Hz超低频范围内的基床表层及以上结构层的动力响应.

基于振动加速度信息的触觉纹理分类方法研究

当手持刚性工具在材料表面滑动时,用户可以通过工具的振动来感受材料表面的纹理特征。这些振动加速度数据包含了丰富的纹理类别信息,为纹理的分类提供了基础。利用触觉进行纹理分类对于力触觉人机交互、机器人精细化操作等应用具有重要的意义。目前,手工设计与纹理相关的特征以及借助卷积神经网络进行简单的特征提取等方法已经被应用于触觉纹理分类。然而,这些方法未能关注时间尺度的选择和触觉序列数据间的时间依赖性,还存在触觉数据特征提取不充分和分类精度不佳等问题。为了解决上述问题,本文提出一种由多尺度卷积网络和双向长短时记忆网络相结合的融合模型,以便同时捕获触觉信号多尺度的几何局部空间特征和时间依赖特征。所提出的模型从公开的触觉数据集中学习材料表面纹理的触觉特征,并在公开的纹理振动加速度数据库上进行训练。实验结果表明,本文提出的模型可以稳健且高效地实现最高92.1%的纹理分类精度。

基于大跨度桥梁变形的桥上车体振动加速度简化分析方法

在分析桥梁变形与轨道变形的映射关系基础上,从轨道平顺性与车体振动加速度的相关关系出发,确定高速铁路轨道长波不平顺采用60 m中点弦测值评价且有效管理截止波长为200 m,通过实测数据的统计分析建立轨道不平顺60 m中点弦测值与车体振动加速度的关系式,据此提出在荷载组合作用下高速铁路大跨度桥梁上车体振动加速度简化分析方法。分析荷载组合下大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度时,对于设计阶段,将荷载组合下的桥梁理论变形曲线经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值;对于建成阶段,将桥上实测轨道不平顺消除轨道自身随机不平顺后的轨道线形作为桥梁变形曲线,再经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值,并代入其与车体振动加速度的关系式,得到桥梁变形引起的车体振动加速度。以某长江大桥为例对该方法进行验证。结果表明:采用该方法和车辆-轨道耦合分析方法得到的大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度分别为0.39和0.35 m·s^(-2),基本一致,验证了该方法在大跨度桥梁上的适用性,以及对大跨度桥梁长波不平顺进行200 m高通滤波的必要性与合理性。

不同波段高低不平顺与车体垂向振动加速度关系分析

保证高速列车运行的平稳性与舒适性,是高速铁路运营的核心问题;高低不平顺作为车体垂向振动的主要激励源,其与车体垂向振动加速度的关系是基础性科学问题。为有效地构建高低不平顺与车体垂向振动加速度映射关系,首先,分析轨检数据的时域波形特点,利用二进制小波分析获取不同频段下高低不平顺与车体垂向振动加速度的时频分布特征;其次,引入分形维数计算方法,采用变差法计算高低不平顺与车体垂向振动加速度的分形维数;最后,利用线形回归分析方法构建两者间的映射关系。结果表明:高低不平顺与车体垂向振动加速度在时域波形极值处有一定的对应性;两者的分形维数随着波长的增加呈现逐渐减小的趋势,在波长大于8 m的区段的定量化映射关系明确;分形维数可为解决车体振动加速度超限问题提供新的思路,建议进一步地进行相关深化研究。

基于轴箱垂向振动加速度的波磨谷深值估算方法及应用

针对利用轴箱垂向振动加速度虽可定性、但不可定量评价波磨的问题,结合中国以波磨谷深值作为波磨整治依据的现状,基于中国高铁线路和典型服役车辆参数建立轮轨动力学模型,并采用实测轴箱垂向振动加速度数据进行验证;定义波磨谷深值与波长比值为轨面变化率ξ,统计轴箱垂向振动加速度上包络线累积概率99.73百分位数作为波磨状态表征量A,采用非线性最小二乘法和有理式方程,拟合300 km·h^(-1)速度下40~180 mm波长波磨激励下A与ξ关系式;推导基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度的谷深值估算式,并在高铁线路上应用谷深估算值评价波磨状态。结果表明:基于实测轴箱垂向加速度得到的谷深估算值与谷深实测值相关系数为0.95,两者均方误差为0.016 mm;采用谷深估算值进行波磨整治决策时的误判率约为9.73%;应用基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度估算的谷深值既能定性、又能定量地评价波磨状态,还能为波磨整治决策提供技术手段。

中深孔爆破振动加速度峰值的遗传BP网络预测

为准确预测爆破振动加速度峰值,保证爆破安全,相对于考虑因素少的经验公式法以及存在收敛性差、易陷入局部极小和计算复杂等缺陷的BP算法,提出了遗传BP神经网络算法,该算法具有更高的预测精度。以田湾核电站船山二期工程的试验数据为背景,比较分析并选择最大段药量、水平距离、总药量、高程差、爆破台阶高度和段别规模等6个参数作为输入层因子,建立了相应的爆破振动加速度峰值预测模型。结果表明,预测精度达到96.97%,验证了方法的可行性和有效性。

轴流泵振动加速度状态监测诊断系统的研究与设计

机械振动加速度信号能反映出设备运行状态的信息。由于其成分复杂,在对信号的测量和诊断方面提出了较高要求。采用PX I作为硬件平台,配合强大的分析软件,设计出一个轴流泵振动加速度状态监测诊断系统。该系统能够进行振动烈度和分频幅度谱的分析处理,通过对振动加速度信号的特征提取能在线诊断发生故障的原因。实验表明系统能对径向、切向和轴向振动加速度进行监测,并且对轴偏心、叶轮偏心和口环磨损等机械故障能作出准确地诊断,完全达到了设计的要求。

强夯振动加速度的量测及现场试验研究

结合延安新区强夯加固地基工程,进行强夯振动加速度测试现场试验。选取填方区场地,结合地形设计监测方案,以测试强夯波沿水平方向和斜坡的传播规律。在选定试验段的某级填方场地上布置多组加速度传感器,运用多个8通道24位高速采集卡记录强夯振动加速度在平面和斜坡的传播和衰减过程,探讨强夯振动波沿水平面和斜坡的传播规律以及能级对振动加速度的影响。结果表明:径向和竖向加速度值均随与夯点距离的增大而减小;在与夯击点距离相同处,强夯振动波沿水平方向传播的径向和竖向加速度值要大于沿斜坡方向;随着能级的增大,强夯产生的夯击波增强,在与夯击点相同距离处产生的径向和竖向加速度均明显增大。

柴油机缸盖振动加速度信号影响因素分析

改变195柴油机的转矩、转速及供油时刻,测量分析各工况的缸盖振动加速度信号,分析结果表明,同样转速时,缸盖振动加速度时域最大波动量及2kHz以下各频带能量与缸内燃烧状况相对应;当转速发生改变时,加速度信号时域最大波动量及各频带能量与缸内燃烧状况间无对应关系。建立有限元分析模型,研究缸盖联接螺栓预紧力及材料刚度对缸盖振动加速度信号的影响规律,结果表明当材料的杨氏模量或联接螺栓预紧力减小时,系统的固有频率降低,使得缸盖振动加速度信号时域最大波动量及2kHz以下各频带能量呈增大的趋势。

低频光纤布拉格光栅振动加速度传感器研究

考虑到光纤布拉格光栅（FBG）在振动检测中的优势,针对等强度悬臂梁式光纤布拉格光栅低频振动加速度传感器,对其传感原理、固有频率进行了理论分析,考虑了悬臂梁本身质量对振动系统的影响,得出固有频率理论值为21.1Hz.实验结果表明：在5～16 Hz的频率范围内,该振动加速度传感器具有较平坦的频率响应曲线,加速度灵敏度为21.5pm/m/s2,传感器固有频率20 Hz,实验值与理论值相对误差为5.5％,表明该振动加速度传感器能实现低频加速度的测量.

电磁继电器触簧系统振动加速度的分析方法

电磁继电器触簧系统固有振动频率和极限加速度是衡量其力学环境防护性能的两个重要指标。综合分析了静触簧为刚性结构和柔性结构的触簧系统 ,建立其抗振性分析数学模型 ,给出了簧片振动加速度的解析表达式及检验电磁继电器触簧系统抗振性的合理判据。通过分析影响电磁继电器触簧系统振动加速度的相关因素 (主要包括材料特性参数、尺寸参数、触点初压力、触点质量 ) ,得出了若干有关提高电磁继电器触簧系统抗振性能的重要结论。这些结论可为电磁继电器机械反力系统参数优化设计提供理论基础。