一种新的差分奇异值比谱及其在轮对轴承故障诊断中的应用

因滚动体和保持架的随机滑动,轴承故障信号多为伪循环平稳信号。针对这种情况,提出了应用周期截断矩阵的奇异值分解的轮对轴承故障诊断方法。研究了轴承故障伪循环平稳信号的奇异值分布,结合奇异值能量差分和奇异值比,提出了一种新的能量差分奇异值比谱作为周期截断矩阵的嵌入维度计算方法;利用能量差分奇异值比谱计算嵌入维度并利用轮对轴承振动信号构造周期截断矩阵,对矩阵进行奇异值分解,并提出利用差分能量谱确定奇异值有效秩阶次并重构矩阵从而分离出周期信号;对该信号做包络分析以实现轮对轴承的故障诊断。应用轮对实验台的复合故障轴承振动数据对该方法进行验证,结果表明,所提方法能够有效提取轴承外圈、滚动体及保持架的特征频率的基频及其倍频,与传统应用Hankel矩阵进行奇异值分解降噪方法相比,该方法抗干扰能力显著,能够分离同频带的不同故障周期信号,且得到的包络谱谱线清晰,谐波丰富,使故障诊断的可靠性得到了显著提高。     

单轴滚动台车轮多边形磨耗激振试验及动态仿真

应用高速列车单轴滚振试验台,通过打磨轨道轮模拟短波不平顺,开展了车轮多边形磨耗的激振试验。建立了试验台动力学分析模型,研究了300 km/h速度范围内高阶车轮多边形、单一谐波激扰对轮对系统振动特性的影响;测试结果与时-频域计算结果进行对比,发现通过在轨道轮上打磨多边形,能够激发轮轨系统数千Hz的高频振动,在轴箱振动中,多边形磨耗的单边长度诱发的基频及其倍频占据了主导,轮对和轴箱的垂向自振也贡献了较大振动能量;计算结果能较好反映车轮多边形激发的2 500 Hz以下的基频及倍频振动,其时域的幅值特性和频域的主频分布规律与测试结果也比较吻合;在轨道轮上设置单一谐波,可激发轮轨系统数百至上千Hz的中高频振动,运行速度增加后,谐波激扰区信号明显加强。当运行速度增至200 km/h和300 km/h时,仿真模型分别能够较好反映1 000 Hz和250 Hz以下的轮对振动,而对更高频率振动则较难捕捉。研究结果表明,单轴滚振试验台能够用于开展短波不平顺的高频激振试验,就该试验台而言,相应的动力学模型在中高频振动仿真分析具有一定的适用性。     

基于自适应VMD的高速列车轴箱轴承故障诊断

以尺度空间对信号频谱中共振频段的识别能力为基础,结合变分模态分解(VMD)对信号的自适应分解能力,提出了预估惩罚因子的尺度空间引导VMD算法。该算法的核心包括以尺度空间对信号频段的共振频段划分从而确定VMD中的本征固有模态个数,并根据共振频段边界预估VMD各个本征固有函数的初始中心频率与相应的惩罚因子取值,从而提高VMD的自适应性以及准确性。仿真结果表明,该方法能够正确识别低信噪比条件下的故障信号的共振频带,并对信号进行准确的分解。应用高速列车轴箱轴承实验数据对该方法进行实验验证,能够有效分解信号中包含的不同故障冲击;与选择不同惩罚因子的VMD算法相比,能够更准确地提取出信号中的不同故障冲击,对VMD分解的自适应性与准确性有着显著提高。