一种逆结构滤波法的轨道车辆轮轨力识别

轮轨动态接触力对车辆运行安全性和稳定性至关重要,考虑到在实际运行条件下,轮轨力很难测量的难题,基于离散时间和动力学状态空间方程,提出了一种逆结构滤波的时域载荷识别方法。该方法以结构响应参数为输入,可实现对非最小相、非并置结构的载荷预测,解决了由于非并置逆系统的不稳定性带来的载荷识别困难。以某轨道车辆为研究对象,以轴箱位置加速度为输入条件,分别建立了10自由度的垂向振动模型和17自由度的横向振动模型,对车辆的轮轨垂向载荷和横向载荷进行了识别。识别结果与具有完全相同动力学参数的SIMPACK仿真模型结果对比,结果表明:反演模型识别出的轮轨垂向力和横向力与SIMPACK仿真结果趋势一致,且均有较强的相关性,识别精度较高;通过滚动振动试验台试验,利用一组测得的垂向加速度响应和垂向位移响应对车辆轴箱的加速度响应进行了识别,并与测得的结果进行对比,相关系数达到0.9756,为极强相关,方法能够用于运行列车轮轨力的监测和安全评估。     

基于随机共振与蝙蝠算法的高速动车组滚动轴承故障诊断

仿真计算滚动轴承外圈故障引起的冲击信号,并将其作为轨道车辆的激励,输入到高速动车组整车模型的故障轴承位置。模拟列车运行,采集列车轴箱处的垂向加速度信号作为故障诊断信号,提出基于蝙蝠算法的自适应随机共振信号处理方法对其进行处理。提出故障诊断指标L的计算方法和基于L的一种新的高速动车组滚动轴承早期外圈故障的在途诊断方法。动力学仿真与数据处理结果表明提出的信号处理算法有较好的故障信号分离效果,提出的高速动车组滚动轴承早期故障的在途诊断新方法是有效的。     

轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立了一高速车辆出现轴箱轴承早期缺陷的动力学计算模型,将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用,轴承中的滚子直接等效成若干个力元,分别考虑了轴承的内、外圈以及滚子表面早期缺陷对车辆垂向振动特性的影响。仿真结果表明：当轴承表面出现早期缺陷时,轴箱振动加速度显著增大,而构架的加速度变化不大;当内外圈以及滚子缺陷尺寸（缺陷宽度和深度）相等时,轴承外圈缺陷对轴箱的加速度幅值影响最大,轴承滚子缺陷对轴箱加速度幅值影响最小;随着早期缺陷宽度的增加,3种轴承缺陷下的轴箱加速度幅值均逐渐变大;轴承早期缺陷能够引起轴箱的高频振动,但对车辆的平稳性影响甚微。     

外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律,采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合试验台对轴箱轴承进行动力学试验,并与仿真结果对比,验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果,研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：当滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状时,不随外圈滚道损伤位置的不同而变化;当外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹无规律可循;当外圈滚道损伤位于6点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最小,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大;当外圈滚道损伤位于12点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最大,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小。研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。     

随机激励下重载车辆空气悬架参数多目标优化

为提高车辆行驶平顺性、减小轮胎对路面的动载荷,以某重载车辆空气悬架系统为研究对象,建立四自由度1/2车辆多目标优化模型,提出改进的多目标自适应遗传算法对悬架参数进行优化。与一般遗传算法相比,车身垂向加速度、前后轮动载荷有效值约减小10%,目标函数值改善度降低57.03%。该方法不仅能提高车辆行驶稳定性,且可减小轮胎对路面的动载荷,已进一步证明该方法的有效性及可行性。     

曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应影响研究

高速列车曲线通过时,车辆系统受力状态比直线行驶更为复杂,加上列车复杂车轨耦合系统,列车牵引齿轮传动系统动力学响应难以预测,所以探究曲线通过参数对高速列车牵引齿轮传动系统动力学响应的影响,对于判断牵引齿轮传动系统运行状态是必要的。通过有限元缩聚与轨道车辆动力学相结合方法,运用SIMPACK软件建立了高速列车刚柔耦合精细化动力学模型,考虑齿轮箱、齿轮副和轮对的柔性,研究不同曲线通过参数对齿轮箱动力学响应的变化规律。结果表明超高值和曲线半径对齿轮箱各轴承振动加速度影响规律不同,对齿轮副传动误差峰峰值及径向力幅值变化影响较大,对齿轮时变啮合刚度、接触应力、轴向力和圆周力幅值变化影响较小。     

一种基于自适应形态提升小波的车轮踏面擦伤识别新方法

结合列车轴箱与车轮振动关系以及轨道激扰对列车振动的影响,分析了通过周期性冲击响应提取车轮踏面擦伤的可行性;通过对高速列车轴箱振动模型的分析,提出采用改进的自适应形态提升小波(IAMGLW)对列车轴箱垂向振动信号分析的方法;实测轴箱垂向振动信号的分析结果证明了IAMGLW对分析高速列车轴箱振动信号的有效性。与自适应形态提升小波(AMGLW)相比,IAMGLW通过前置滤波以及对梯度阈值的改进使其能够有效地保留一定梯度范围内的冲击响应,滤除幅值较大的随机冲击且抗噪能力强。同时该算法只涉及加、减和比较运算,计算简单、快速,可应用于车轮踏面擦伤的在线监测与诊断。     

小波滤波与最大相关峭度解卷积参数同步优化的轴承故障诊断

针对共振解调中带通滤波残留的带内噪声影响故障诊断效果的问题,目前主要的解决办法是增加后处理步骤对带内噪声进行二次消除。但存在的主要问题是前后处理步骤的参数各自独立优化,且优化指标未考虑滚动轴承故障冲击周期性发生的特点,从而难于保障诊断的总体效果。提出了一种结合Morlet 小波滤波预处理和最大相关峭度解卷（MCKD）后处理的滚动轴承故障复合诊断方法。采用小生境遗传算法（NGAs）对Morlet 小波滤波器中心频率和带宽、MCKD 滤波器长度和周期进行同步联合优化,以考虑轴承故障冲击周期发生特点的相关峭度（CK）为优化指标,实现前后两个处理步骤的参数同步自适应优化。轴承故障仿真信号和实验台信号分析验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于自适应连续小波模极大值算法的车轮擦伤定量评估

为实现高速动车组车轮踏面擦伤长度定量评估,提出了一种自适应连续小波模极大值算法,应用到基于轴箱振动加速度信号的车轮擦伤状态识别与损伤评估。利用连续小波变换系数模极大值对自适应滤波后的轴箱振动加速度信号突变点进行定位,从而建立擦伤车轮脱离钢轨腾空运行时间与擦伤长度及其影响参数的关系模型。仿真实例结果表明,该方法可在车辆高速运行时实现车轮擦伤程度的定量识别。与其它文献识别结果对比分析表明,该方法原理简单、计算结果精度高。     

外圈滚道损伤位置对高速列车轴箱轴承动力学行为的影响分析

为了探究轴承产生故障时其内部元件间的运动规律,以高速列车轴箱轴承为研究对象,采用多体动力学分析软件 ADAMS 建立了外圈滚道剥离故障的轴承动力学模型。模型综合考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,通过铁路轴承综合实验台对试验轴承进行动力学实验并对比部件转速,验证了模型的有效性。通过对外圈滚道不同损伤位置处的轴承进行动力学仿真分析发现：轴承有故障时,滚子与滚道间相邻两接触点的时间间隔变大;轴承故障的存在会加大滚子与滚道间的接触力,进而加剧轴承滚道的损坏;损伤位置位于 6 点钟时,对滚子打滑起到了抑制作用,滚子打滑率的增大会加剧滚道表面的不均匀擦伤;轴承转速越大,保持架运行越平稳,损伤位置位于12 点钟时,对保持架的平稳运行影响不大。研究结果对推动轴承设计和故障诊断技术发展具有一定的理论和实际意义。     

基于EEMD排列熵的高速列车轮对轴承故障诊断方法

高速列车轮对轴承的可靠度对高速列车的安全运行具有重要意义,其故障特征主要体现在轴箱振动信号中。该文提出基于聚合经验模态分解排列熵的轮对轴承特征分析方法,提取高速列车轮对轴承振动信号的非线性特征参数,并用于故障状态的分类识别。首先,对高速列车轮对轴箱振动信号进行聚合经验模态分解,得到一系列窄带本征模态函数;然后,对原信号和主要本征模态函数分别计算,得到多组排列熵,形成多尺度的表征信息复杂性高维特征向量;最后,将高维特征向量输入最小二乘支持向量机分类识别出轮对轴承的故障状态。台架试验分析结果表明:该方法针对高速列车轮对轴承故障尤其是轴承复合故障具有较高的识别率,验证通过聚合经验模态分解排列熵对高速列车轮对轴承故障诊断的有效性。     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。     

遗传算法在单层球壳质量优化中的应用

摘要: 经典遗传算法存在局部搜索能力不强,“早熟”现象和后期收敛速度放慢等缺陷,本文将自适应策略与“预选择机制”的小生境技术同时引入其中,加入小生境技术后可以避免陷入局部收敛的问题;在小生境遗传算法基础上加入自适应策略,实现对种群的杂交概率和变异概率进行自适应控制,从而形成一种改进小生境遗传算法,可以有效维持种群中个体的多样性,同时可以改善全局收敛的可靠性。通过三个典型算例验证了本文算法的正确性,并通过单层球壳的算例分析表明该方法稳定性好,全局搜索能力强,但在计算时间上长于ANSYS自带的优化模块。本文算法可以应用于优化变量繁多的大中型网壳结构截面优化问题,优化效果明显。     

高速列车半主动悬挂系统遗传优化模糊控制

为有效抑制高速列车车体的横向振动,在ADAMS/Rail软件中建立列车横向半主动悬挂动力学模型,在Matlab中编写遗传算法程序,提出采用浮点数与整数混合编码和基于个体适应度值标准差的自适应遗传交叉、变异概率的方法,优化半主动模糊控制器的量化因子、比例因子、隶属度函数和模糊规则,以车体前后两端横向振动加速度的均方根值作为遗传算法优化性能指标,不断优化半主动悬挂系统的模糊控制器。联合仿真结果表明：采用遗传优化设计模糊半主动悬挂,能有效抑制车体横向振动加速度,改善列车的乘坐舒适性。     

基于 Taguchi改进算法的脱水机悬挂系统参数优化研究

高速脱水机减振悬挂系统是其工作状态下抑振性能的基本保证,其中悬挂系统参数的波动更是直接影响高速脱水机的抑振效果。利用高速脱水机的动力学模型建立其筒体振幅的响应面模型,以该响应面模型为优化目标,悬挂系统参数为优化对象,分别采用传统遗传算法和基于Taguchi改进方法的混合遗传算法进行参数优化。对两种优化方法应用蒙特卡洛法进行了算法分析。基于优化结果,开展了高速脱水机多工况筒体振动试验研究,并进行了对比验证。结果表明,基于Taguchi改进方法的混合遗传算法具有更优的精确性和稳健性,对于工程应用具有指导意义。     

高速球轴承热稳定性研究EI北大核心CSCD

基于球轴承拟静力学模型,考虑润滑油流变特性、热源和结构尺寸随温度的时变特性。利用热网格法建立了高速球轴承瞬态热计算模型,通过求解热平衡方程得到轴承瞬态变化特性,研究了工况参数对轴承生热量、温度和热诱导载荷的影响规律,为高速球轴承润滑参数选取、结构优化、热失效机理和故障分析提供了理论依据。结果表明:内圈转速和轴向载荷的变化均对轴承的热平衡温度和热诱导载荷有显著影响;适当降低润滑油的黏度、增大空气的对流系数有利于减小轴承热诱导载荷;预测结果和文献测试结果吻合较好。     

高速列车脱轨监测关键算法研究

基于轨道不平顺检测技术的发展,根据轮轨几何关系脱轨理论,设计一种能够工程实施的脱轨监测方案,采用轮轨横向、垂向相对位移近似替代轮对接触点位移和车轮抬升量来判断列车脱轨。针对测控方案中关键参数轴箱振动位移测量困难、测量误差大的问题,使用卡尔曼滤波设计一种估计算法,实时计算轴箱横向、垂向位移;观测噪声方差变化会导致卡尔曼滤波发散,采用小波变换在线估计噪声方差,提高卡尔曼滤波算法鲁棒性。仿真表明:该算法能够通过加速度信号精确计算轴箱振动位移,误差在10%以内,为高速列车脱轨在线监测提供一种思路。     

高速球轴承热稳定性研究

基于球轴承拟静力学模型,考虑润滑油流变特性、热源和结构尺寸随温度的时变特性。利用热网格法建立了高速球轴承瞬态热计算模型,通过求解热平衡方程得到轴承瞬态变化特性,研究了工况参数对轴承生热量、温度和热诱导载荷的影响规律,为高速球轴承润滑参数选取、结构优化、热失效机理和故障分析提供了理论依据。结果表明:内圈转速和轴向载荷的变化均对轴承的热平衡温度和热诱导载荷有显著影响;适当降低润滑油的黏度、增大空气的对流系数有利于减小轴承热诱导载荷;预测结果和文献测试结果吻合较好。     

基于轴承故障信号特征的自适应冲击字典匹配追踪方法及应用

针对滚动轴承故障特征,提出了一种自适应冲击字典匹配追踪方法。根据轴承故障信号的产生机理,将轴承的转速、尺寸等因素引入到字典中,建立了一种基于故障信号特征的新型字典模型。依据字典模型中各个关键参数对分析结果的影响程度,确定冲击位置信息为首要模型参数,提出了逐次改变特性参数的方法建立自适应字典,使得字典中的每一个原子都与被分析信号有很好的相似度,降低了字典的冗余程度,提高了字典的使用效率。同时结合匹配追踪原理建立了自适应冲击字典匹配追踪的方法。仿真信号,实验信号和工程信号分析结果表明,基于自适应冲击字典匹配追踪方法可以对轴承不同位置的故障进行有效诊断。将该方法与遗传算法匹配追踪进行比较,表明该方法的处理效果更佳。     

基于Taguchi改进算法的脱水机悬挂系统参数优化研究

高速脱水机减振悬挂系统是其工作状态下抑振性能的基本保证,其中悬挂系统参数的波动更是直接影响高速脱水机的抑振效果。利用高速脱水机的动力学模型建立其筒体振幅的响应面模型,以该响应面模型为优化目标,悬挂系统参数为优化对象,分别采用传统遗传算法和基于Taguchi改进方法的混合遗传算法进行参数优化。对两种优化方法应用蒙特卡洛法进行算法分析。基于优化结果,开展高速脱水机多工况筒体振动试验研究,并进行对比验证。结果表明,基于Taguchi改进方法的混合遗传算法具有更优的精确性和稳健性,对于工程应用具有指导意义。