高速动车齿轮箱故障诊断技术研究综述

齿轮箱是高速动车驱动系统的重要组成部分,由于长期处于高速重载的工作环境,易受到损伤和出现故障。因此,快速准确地对高速动车齿轮箱的故障进行诊断具有重要意义。从分析动车齿轮箱的结构型式和常见故障入手,阐述了国内外用于动车齿轮箱故障诊断的振动分析、噪声分析、温度场分析、油液分析及声发射等典型技术的应用现状,对这些技术作了适用性分析并提出了重点研究方向建议。分析结果表明,当前应用于高速动车齿轮箱的多种故障诊断技术均有其各自不同的优缺点和应用场合,单种诊断技术受限于其局限性,均不能较好地精确诊断出动车齿轮箱的多类故障;应用基于先进智能算法的多种技术融合,有望是今后该领域故障诊断的研究重点之一。     

时速400 km高速动车齿轮箱润滑分析

针对时速400 km高速动车齿轮箱润滑设计开展数值仿真研究.首先对时速400 km高速动车齿轮箱总体设计方案中的润滑机理做了简要分析与阐述,明确了数值仿真研究的对象与仿真工况.再对齿轮箱内油浴润滑多相流场特性开展了仿真计算,分析了流场动态特性规律,获得了齿轮箱的润滑特性.最后对所开展的齿轮箱润滑特性研究做出总结,并深入...     

基于时频联合特征提取与MS-LTSA流形学习的齿轮箱故障诊断

提出了基于时频联合（TFC）特征提取和改进的监督局部切空间排列（MS-LTSA）的流形学习的齿轮箱故障诊断的方法。首先,提出了信号的时域、频域和HHT时频域三者结合的特征提取方法,以获取振动信号全面的特征向量信息;然后,提取高维特征向量的奇异值,利用流形学习理论对奇异值矩阵进行降噪;最后,通过降噪后的特征向量实现对齿轮箱各种故障的高效、精确地故障识别。提出的MS-LTSA方法实现了数据集内部结构信息和类判别信息的结合,提高了所提取低维特征的聚类效果;通过实验数据的分析,证实了所提方法在齿轮箱诊断上的优异表现和应用价值。     

齿轮箱故障振动诊断的研究

对齿轮箱基于振动的故障诊断（齿轮、轴承、复杂齿轮箱以及基于相瞬态过程的故障诊断方法）进行了详细地叙述,并对齿轮箱不同零部件的故障诊断方法进行了分析与探讨,指出传统齿轮箱故障诊断方法的不足,展望了今后齿轮箱故障诊断方法。     

正确运用分析方法确定齿轮箱故障

叙述了采用不同的分析方法互补，准确查找齿轮箱故障部位的过程，并指出了在这一查找过程中所要注意的一些问题。     

MCKD最佳故障周期搜索的齿轮箱故障特征提取

针对最小解熵解卷积(Minimum entropy deconvolution,MED)算法易受强噪声和野值的影响,引出了最大相关峭度解卷积(Maximum correlated kurtosis deconvolution,MCKD)的齿轮箱故障特征提取方法,克服了MED算法的不足。然而凭先验信息选取的故障周期,可能导致MCKD解卷积效果很差,因此提出了MCKD算法的最佳故障周期搜索思路,即在合适的滤波器阶数L下,最佳故障周期的搜索可以限定于理论计算周期左右的某一范围内,使不同步距M关于最佳周期的最大相关峭度达到全局最优,以确保了MCKD算法具有良好的解卷积效果。断齿与局部断齿故障特征提取试验结果佐证了最佳故障周期搜索思路的可行性及其效果。     

基于MEWT‑ASCS的行星齿轮箱微弱故障特征提取

针对强噪声背景下行星齿轮箱早期微弱故障难以提取以及经验小波变换对信号频率区间边界划分不恰当以及不能有效确定模态数目的问题,提出了一种基于改进经验小波变换（modified empirical wavelet transform, 简称MEWT）和自适应稀疏编码收缩（adaptive sparse coding shrinkage,简称ASCS）的早期微弱故障特征提取方法。根据信号频谱的尺度空间表示,将原始故障信号自适应地分解为一系列的窄频带本征模态分量。利用包络谱峭度（envelope spectrum kurtosis, 简称ESK）值选择敏感分量,为了进一步凸显分量中的故障信息,使用ASCS算法对敏感分量进行稀疏降噪处理,从其包络谱中即可提取到清晰的故障特征频率成分。数值仿真和实际数据分析结果表明,本研究方法能够自适应地实现故障信号的模态分解并增强微弱的故障冲击特征。此外,与经验小波变换（empirical wavelet transform, 简称EWT）,EWT?ASCS和ASCS进行对比,本研究方法可有效提取包含故障信息丰富的分量,经ASCS处理后信号故障特征得到凸显,实现了行星齿轮箱早期微弱故障的准确识别。     

动车齿轮箱飞溅润滑油流场仿真与试验研究

飞溅润滑作为目前动车组齿轮箱最主要的润滑方式,研究其流场分布的规律对齿轮箱的润滑具有重要意义。在对动车齿轮箱进行简化后,建立齿轮箱飞溅润滑流场模拟试验平台,进行了试验平台的飞溅润滑捕捉试验。基于计算流体力学的理论,利用Pump Linx软件建立了流场模拟试验平台的三维数值分析模型,通过试验和仿真的对比,验证了三维数值分析模型的可靠性。实现了动车齿轮箱润滑油在上坡、下坡和转弯时流场的仿真预测。     

基于WT与cICA的齿轮箱低频故障特征提取

齿轮箱低频故障信号易受到高频振动及强噪声等因素的干扰,测量信号中隐藏的有效低频故障特征比较微弱,再考虑到源噪声的影响,则约束独立分量分析直接提取低频故障特征的效果很差。为此提出了基于小波变换与约束独立分量分析的齿轮箱低频故障特征提取方法,通过对测量信号的小波多分辨率分解,有针对性地选择小波系数重构,提高了信噪比和非高斯性,从而增强了约束独立分量分析方法提取齿轮箱低频故障特征的效果。而未经小波变换除噪时,约束独立分量分析的效果不佳。断齿与局部断齿的低频故障特征提取试验结果表明,提出的方法能有效降低高频振动及源噪声等因素的干扰,提取出齿轮箱的低频故障特征,尤其是微弱低频故障特征,为齿轮箱低频故障特征提取与故障诊断提供了一种有效方法。     

基于ISGMD和MED的齿轮箱早期故障特征提取

针对在强噪声背景下难以识别齿轮箱早期故障以及复合故障的问题,提出了一种改进辛几何模态分解（Improvedsymplecticgeometrymodedecomposition,ISGMD）和最小熵解卷积（Minimumentropydeconvolution,MED）相结合的故障特征提取方法。首先,将信号经最小熵解卷积预处理,突出信号中的故障冲击成分;然后,将故障增强信号通过改进辛几何模态分解自适应地分解为若干辛几何分量,并依据峭度最大准则选取峭度值最大的敏感辛几何分量;最后,对选定的敏感辛几何分量进行包络分析,从而有效地提取出齿轮箱的故障特征。通过实验,验证了该方法的有效性。     

基于非线性特征融合的高速装备故障诊断方法

针对高速数控装备的复杂非线性特性,基于改进证据理论和非线性特征提出了一种新的故障诊断方法。分析了高速运行状态下数控装备的故障特性,提取出一组反映系统非线性特性变化的故障特征向量。给出了基于证据理论的多类型故障识别模型,并利用模式之间的相似度获取各个证据的mass函数。为解决冲突情况下的多个证据合成问题,提出一种基于平均信任度的动态参数冲突证据合成方法。仿真实验结果表明,在证据存在冲突的情况下,该方法识别率高,适合于具有非线性特性的高速装备故障诊断。     

基于小波变换和ICA特征提取的开关电流电路故障诊断

提出了采用小波变换和独立成分分析(ICA)作为预处理器来进行特征提取的神经网络开关电流电路故障诊断方法。该方法对采集到的故障响应信号进行Haar小波正交滤波器分解,获得低频近似信息和高频细节信息;然后利用独立成分分析方法进行ICA故障特征提取;最后将所得到的最优故障特征输入到BP神经网络中进行故障分类。对六阶切比雪夫低通滤波器和六阶椭圆带通滤波器电路进行了仿真实验验证,获得了100%的故障诊断准确率,与其他方法进行比较,实验结果显示了该方法的优越性。     

基于离散粒子群优化算法的汽车发动机故障特征选择

最优特征选择属于组合优化范畴,针对汽车发动机机械故障特征选择问题,分析了冗余特征的存在对于故障分类器分类性能的影响,选择最优特征组合可以提高故障分类的正确率,提出基于离散粒子群算法的特征优化组合算法,利用BP神经网络评价特征优化的性能,并将其应用到汽车发动机曲轴轴承磨损故障诊断中.实验结果表明,与遗传算法相比,基于离散粒子群算法的特征优化算法优化效率较高,分类正确率较高,优化后的特征集可以显著地提高故障分类器的分类性能.     

故障诊断中基于神经网络的特征提取方法研究

在电路状态检测与故障诊断过程中,恰当地选择特征参数是诊断成败的关键。本文研究了基于神经网络的特征评价和特征提取方法,利用神经网络的训练结果对特征参数进行合理的评价。由于神经网络满足高分辨率信息压缩所需的非线性映射条件,通过特征提取将电路故障模式识别中复杂的分类问题转移到特征处理阶段,利用神经网络有效地实现了特征参数的提取。诊断实例验证了该方法的有效性。     

基于DBN的故障特征提取及诊断方法研究

随着装备日趋复杂化,依靠专家经验或信号处理技术人工提取和选择故障特征变得越来越困难。此外,以BP神经网络、SVM为代表的浅层模型难以表征被测信号与装备健康状况之间复杂的映射关系,且面临维数灾难等问题。结合深度置信网络(DBN)在提取特征和处理高维、非线性数据等方面的优势,提出一种基于深度置信网络的故障特征提取及诊断方法。该方法通过深度学习利用原始时域信号训练深度置信网络并完成智能诊断,其优势在于能够摆脱对大量信号处理技术与诊断经验的依赖,完成故障特征的自适应提取与健康状况的智能诊断,该方法对时域信号没有周期性要求,具有较强的通用性和适应性。在仿真数据集和轴承数据集上进行了故障特征提取和诊断实验,实验结果表明:本文提出的方法能够有效地从原始信号中进行多种工况、多种故障位置和多种故障程度的故障特征提取和诊断,并且具有较高的故障识别精度。     

基于加权概率神经网络的齿轮箱抗噪故障诊断

针对齿轮箱现场故障诊断易受噪声干扰、诊断精度低的问题,提出了一种基于区分性权重概率神经网络的故障诊断方法。该方法考虑了不同子带特征受噪声的污染程度不同,提高噪声影响小的特征在诊断中的权重,降低噪声影响大的特征在诊断中的权重,以提高诊断的噪声鲁棒性,最终实现了齿轮箱故障的诊断。试验研究结果表明,与BP神经网络和概率神经网络诊断相比,该方法具有较高的诊断正确率和较强的诊断鲁棒性;并且该方法中平滑度参数对故障诊断精度影响不大,可以避免该参数选择困难的问题,具有良好的工程应用前景。     

基于小波及非线性预测的轴承故障诊断方法

在非线性时间序列预测研究的基础上,提出非线性预测效果的特征提取方法.首先对采集到的足够长轴承数据采用小波变换进行消噪处理及边界延拓,使其满足预测需要的无限长、无噪声的条件,这样延迟时间取任意值均能重构原系统相空间;然后采用基于可预测性的选取嵌入维数的方法确定轴承各种状态信号的嵌入维数,进行相空间重构.应用实验结果表明:该方法提取的特征值能明显地区分轴承各种状态信号,且对数据分段长度的稳定性好,可以作为识别轴承故障的一种新途径.     

机车走行部故障在线诊断的特征分析方法研究

在讨论特征分析方法原理的基础上，针对机车走行部故障在线监测过程中存在的信号分析与处理问题，运用整周期等角度采样方法将时域振动信号转换为角域信号，采用FFT变换将角域信号变换为对应的特征频谱，通过谱估计、谱图分析得到机车走行部各零部件的故障特征谱值，再根据该特征谱值识别机车走行部各零部件的故障。然后，根据机车走行部故障诊断的实际需要，设计了一套基于特征分析方法的机车走行部故障在线诊断系统。实验结果表明，该方法能准确、可靠地识别机车走行部故障。     

基于偏置经验特征映射的电路故障诊断方法

基于支持向量机的模拟电路故障诊断方法已经成为故障诊断领域的研究热点.然而,在该方法实用化过程中,故障样本集中存在的不平衡分布问题严重影响了该方法的整体诊断性能.针对该问题,提出一种基于偏置经验特征映射的故障诊断方法,该方法将故障样本集映射至经验特征空间,并在该特征空间中使用偏置判别分析准则作为核函数优化的目标函数,最大化所有正常样本同故障样本中心的距离,从而提高故障诊断方法的整体诊断能力.标准数据集以及真实电路上的实验效果表明,提出的方法可以大大缓解由于样本不平衡造成的支持向量机诊断效果下降的问题,从而提高了基于支持向量机的电路故障诊断法方法的适用范围.     

Wavelet design for extracting weak fault feature based on lifting scheme

Weak fault features of mechanical signals are usually immersed in noisy signals. A new wavelet method based on lifting scheme to match weak fault characteristics is proposed. In this method, an initial set of finite biorthogonal filters is modified by a lifting and dual lifting procedure alternately, and different lifting operators and dual lifting operators are obtained. The properties of the initial wavelet is improved, and the new wavelet with particular properties is designed. Simulation and engineering results confirm that the proposed method is better than other wavelet methods for extracting weak fault feature. Modulus maxima of the detail signal in every operation cycle are extracted, the position and time that weak signal singularity occurs are clearly found, and slight rub-impact fault caused by axis misalignment and rotor imbalance of a heavy oil catalytic cracking set are desirably extracted. extracted. __________ Translated from Journal of Xi’an Jiaotong University, 2005, 39(5) (in Chinese)