地铁列车轴承故障诊断及在途诊断系统研究

【摘要】我国地铁的快速发展,大规模建设和投入运营,极大改善我国城市交通现状的同时,也给保障地铁安全带来了挑战。在地铁车辆的故障统计中,机械故障比例最高,而轴承故障在车辆机械故障中占有较高的比重。轴承故障不仅会影响地铁车辆的行车安全,还可能带来人员伤亡和经济损失,造成严重的社会影响,因此非常有必要研究轴承在途故障诊断系统。国内试制的轴承故障诊断系统虽然不少,但是由于系统本身缺陷,最终形成产品并安装到轨道交通车辆上在线监控轴承状态的并不多,安装到地铁列车上的诊断装备则更少,基于以上考虑,本文重点研究适合于地铁列车轴承在途故障诊断的方法与系统,主要完成了以下几方面的研究工作：1.提出了基于自适应傅里叶分解的轴承故障诊断方法。应用自适应傅里叶分解的方法处理轴承原始采集信号,将振动信号自适应分解为一系列单一分量信号,利用峭度值提取包含有故障信息的部分单一分量进行求和,然后对求和的信号做希尔伯特变换,进而做快速傅里叶变换,得到轴承信号的频谱,观察分析频谱图,诊断轴承故障。最后用实验数据验证了方法的有效性；2.提出了基于新的非线性动力学模型的轴承故障诊断方法。根据轴承的物理结构和受力分析,利用弹簧质量阻尼系统首先建立轴承单个滚子与内圈、外圈的接触模型,分析在径向载荷力作用下,内圈、外圈和单个滚子在其法线方向上的实时位移；然后结合随机力干扰技术,建立内圈、外圈和滚子的轴承系统非线性动力学模型,并用该模型计算出在综合力作用下无故障振动的位移和加速度信号。在非线性动力学模型内植入内圈、外圈单表面故障,计算故障情形下的振动位移和加速度信号。最后应用自适应傅里叶分解的方法提取轴承模型内圈、外圈故障仿真加速度信号频谱特征,并与轴承故障特征频率相对比,验证滚动轴承非线性动力学故障模型的有效性；3.提出了基于时频域特征参数融合的轴承故障在途诊断算法。分析了轴承时域特征参数和频域特征参数用于诊断轴承故障的优势和缺点,考虑到时域参数与轴承故障程度密切相关,频域参数可以准确地诊断轴承故障并分辨轴承的故障类型,提出了基于时频域特征融合的轴承故障在途诊断方法,新方法利用神经网络作为非线性分类器识别轴承的在途运行状态,不仅可以诊断轴承是否发生故障,还可以在一定程度上判断轴承的故障程度,同时保留了时域参数和频域参数的优势,最后通过实验数据验证了方法的有效性；4.结合广州地铁列车现有的监控设备以及基于时频域特征参数融合的故障诊断算法,设计了地铁列车轴承故障在途诊断系统,并通过试验台数据验证了系统算法的有效性与实时性。
【作者】梁瑜；
【导师】贾利民；蔡国强；
【作者基本信息】北京交通大学，系统分析与集成，2014，博士
【关键词】故障诊断；故障特征提取；自适应傅里叶分解；动力学模型；时域参数；频域参数；

【参考文献】
[1]魏恕.城市交通与土地利用微观互动关系的研究与仿真[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[2]赵营.手性含硫配体的设计合成及在不对称氢转移催化酮类化合物中的应用[D].广东工业大学,化学工程（专业学位）,2014,硕士.
[3]焦洁.改良Lund-Mackay评分对鼻窦炎术后嗅觉恢复评估的意义[D].河北医科大学,耳鼻咽喉科学,2014,硕士.
[4]王兵.45号钢、30CrMnSi及高温合金磨削实验研究[D].东北大学,机械制造及其自动化,2010,硕士.
[5]辛耀中,陶洪铸,李毅松,石俊杰.电力系统数据模型描述语言E[J].电力系统自动化,2006,10:48-51+92.
[6]吕训嘉.詹姆逊单一的现代性理论述评[D].沈阳师范大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[7]赵坤.内部控制质量与企业价值相关性的实证研究[D].沈阳理工大学,会计学,2012,硕士.
[8]钮薇.健身气功·八段锦对普通高校大学生体能的影响[D].辽宁师范大学,体育教育训练,2011,硕士.
[9]李燕武.鄂西民族地区农产品电子商务模式研究[D].中南民族大学,企业管理,2013,硕士.
[10]孟瑞.矮负面身体自我大学生的认知偏向研究[D].西南大学,基础心理学,2013,硕士.
[11]向林.护骨素对高糖环境人脐静脉内皮细胞的保护作用及机制研究[D].南方医科大学,内分泌与代谢病学,2012,硕士.
[12]刘玉财.我国体育院校体育教育专业体操专修教学内容体系的挖掘与拓展[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[13]赵基.基于数据挖掘的银行客户分析管理关键技术研究[D].浙江大学,2005.
[14]蒋苇.中国留学生海外英语学习机会[D].华东师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[15]甘雯雯.旅游商品包装设计的研究[D].齐鲁工业大学,轻工技术与工程,2014,硕士.
[16]刘源.海螵蛸/骨形态发生蛋白复合人工骨成骨及再血管化的初步研究[D].大连医科大学,外科学,2012,硕士.
[17]吴善勇.固体颗粒介质模具冲压数值模拟的研究[D].重庆理工大学,材料加工工程,2012,硕士.
[18]王红玉.艺术院校英语词汇教学的一项行动研究[D].南京师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[19]宫一非.我国保险资金运用的最佳投资比例研究[D].天津大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[20]王世友.草原题材油画作品中的蒙古族女性形象[D].内蒙古师范大学,美术学,2012,硕士.
[21]雷旭.上市公司股权激励对盈余质量的影响研究[D].兰州理工大学,会计学,2014,硕士.
[22]赵鹏.K型细胞质在普通小麦主要性状上的遗传效应[D].河南农业大学,作物遗传育种,2004,硕士.
[23]李勇,罗隆福,ChristianREHTANZ,杨德昌,刘福生.新型自耦感应谐波屏蔽电力变压器的通用模型及谐波模型(英文)[J].电力系统自动化,2011,11:44-49.
[24]李升红.HC超市生鲜食品冷链管理关键环节优化研究[D].西南交通大学,物流工程,2012,硕士.
[25]杜全周.新型磺酸功能化离子液体的合成及在纤维素水解中的应用[D].河南师范大学,2014.
[26]李森.红星中学美术鉴赏课教学现状调查与对策研究[D].扬州大学,学科教学,2012,硕士.
[27]秦颢.负压抽吸结合局部灌注聚桂醇治疗腋臭的临床疗效观察[D].广西医科大学,整形美容外科（专业学位）,2013,硕士.
[28]李研彪,李景敏,计时鸣,郑超,赵章风.一种3自由度并联拟人机械腿的动力学建模及伺服电机峰值力矩预估[J].兵工学报,2014,11:1928-1936.
[29]赵蕊.尿素—壳聚糖微球缓释材料的制备与表征[D].哈尔滨理工大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[30]金涛.与分子导体相关的多功能材料研究[D].南京大学,2014.
[31]陆亚兵.动能钻地弹侵彻钢筋混凝土热效应数值仿真[D].南京理工大学,工程热物理,2013,硕士.
[32]李君神.切向气流环境中激光辐照下薄铝板响应初步研究[D].国防科学技术大学,光学工程,2012,硕士.
[33]龚春辰.铁路含油污泥焚烧资源化处理研究[D].北京交通大学,2014.
[34]郝俊杰.麦谷蛋白亚基的动态积累及其Glu-1基因座的遗传多样性研究[D].河南农业大学,作物遗传育种,2004,硕士.
[35]陈克坚.光控型全光开关研究[D].浙江大学,微电子学与固体电子学,2004,硕士.
[36]徐晓凡.高校本科生选课制的调查研究[D].华中师范大学,高等教育学,2014,硕士.
[37]刘寅.商务谈判中的话轮分析[D].东北师范大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[38]张慧.量子点的制备及其在生物检测中的应用研究[D].南昌大学,分析化学,2014,硕士.
[39]李明.整数乘法公式中的分拆算法及标量乘算法[D].青岛大学,基础数学,2013,硕士.
[40]王春梅.西藏资源性纠纷防控机制研究[D].吉林大学,行政管理,2013,硕士.
[41]莫映宽.基层政府应急管理的反应方式与民众满意度的研究[D].重庆大学,行政管理,2014,硕士.
[42]刘甜.日语使役助动词历史变迁之考察[D].浙江工商大学,日语语言文学,2012,硕士.
[43]卢神州.丝素膜及其表面改性的研究[D].苏州大学,应用化学,2003,硕士.
[44]卫延伟.白盒测试系统的设计与研究[D].华中师范大学,电路与系统,2013,硕士.
[45]钱利波.基于硅通孔技术的三维集成电路设计与分析[D].西安电子科技大学,2013.
[46]刘国莉,叶同,王伟.弹性需求下易变质物品定价、营销与生产计划的联合优化[J].控制与决策,2015,02:361-365.
[47]徐健.论行政不作为的国家赔偿责任[D].湖北大学,宪法学与行政法学,2011,硕士.
[48]马晓会.大学生英语语法学习中的负迁移现象研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[49]窦海龙.中国部分地区狼遗传多样性及系统发育分析[D].曲阜师范大学,动物学,2013,硕士.
[50]李凌杰.云南中甸浪灯玄武岩特征及成因探讨[D].成都理工大学,矿物学、岩石学、矿床学,2013,硕士.