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振动轮两侧加速度差异及连续压实指标优化研究
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作者 赵辉 刘泽潮 +2 位作者 冯怀平 常建梅 马德良 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期120-128,共9页
连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧... 连续压实控制技术主要通过振动轮单侧振动响应描述土体压实状态,已在工程中得到广泛应用。然而,研究发现压实过程中存在振动轮两侧加速度响应不一致的现象,这可能导致现有测试方法在相同位置出现不同的刚度测试结果,因此研究振动轮两侧振动差异性对提高连续压实测试精度具有重要意义。结合现场试验,采集压路机振动轮两侧的加速度信号,重点分析了不同压实遍数、振动频率下两侧加速度峰值、倍频幅值的变化与分布规律;以双侧响应为基础提出平均指标,通过相关性分析对指标适用性进行验证。研究结果表明:随着压实遍数的增加,两侧加速度峰值差异逐渐减小,经4遍压实后差异由24.4%降至13.3%;振动轮结构偏心会造成振动轮两侧加速度频谱中基频幅值差异的产生,被压土体两侧刚度不均会造成2倍频、3倍频幅值差异的产生;双侧平均指标μAICV与动态变形模量的相关性为0.75,表明双侧平均指标μAICV可用于路基压实质量控制,相比单侧连续压实控制指标,可有效提高现场质量控制精度。 展开更多
关键词 连续压实控制 响应差异 振动轮结构 动态变形模量 控制精度 双侧平均指标
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变转速工况下基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障诊断
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作者 刘文朋 杨绍普 +2 位作者 刘泽潮 刘永强 顾晓辉 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期38-47,共10页
由于受到轮轨激励的干扰,轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没,且在变转速模式下故障特征具有时变性,进一步加剧了提取难度。为此,提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带,采用... 由于受到轮轨激励的干扰,轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没,且在变转速模式下故障特征具有时变性,进一步加剧了提取难度。为此,提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带,采用Meyer小波构造带通滤波器,计算每个窄带滤波信号的平均峭度并构造快速谱平均峭度图;选取最优频带进行解调,消除背景噪声的影响;通过相位函数对滤波信号进行迭代广义解调,解决时变故障冲击间隔带来的频谱模糊问题。仿真和试验分析结果表明所提方法有效克服了强背景噪声和时变故障特征的干扰,为变转速工况下轮对轴承故障特征提取提供了新的解决策略。 展开更多
关键词 轮对轴承 故障诊断 变转速 平均峭度 迭代广义解调
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变步长频率加权能量算子在轴承故障诊断中的应用 被引量:8
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作者 刘泽潮 林建辉 +1 位作者 丁建明 吴文逸 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期86-92,共7页
通过包络解调可以提取调制信号中的周期成分来实现轴承故障的早期诊断与预警。但在进行包络解调时,需要解调信号必须为单调幅调频信号,且解调效果容易受到其他干扰信号的影响。频率加权能量算子较包络解调具有更高鲁棒性,但频率加权能... 通过包络解调可以提取调制信号中的周期成分来实现轴承故障的早期诊断与预警。但在进行包络解调时,需要解调信号必须为单调幅调频信号,且解调效果容易受到其他干扰信号的影响。频率加权能量算子较包络解调具有更高鲁棒性,但频率加权能量算子在离散化时使用的中点平均差分方法对中心频率较低的调制信号进行解调时鲁棒性较差。因此变步长频率加权能量算子通过改变步长参数来增强其在中心频率较低时的鲁棒性。通过分析与试验验证表明,变步长频率加权能量算子在整个频带都具有较好的解调效果。变步长频率加权能量算子可以在信号未经分解的前提下实现不同共振频带的解调,所以具有更强的工程应用价值。 展开更多
关键词 滚动轴承故障诊断 频率加权能量算子 变步长差分
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基于振动信号时频分解-样本熵的受电弓裂纹故障诊断 被引量:22
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作者 施莹 林建辉 +1 位作者 庄哲 刘泽潮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期180-187,共8页
构建了基于时频分解-样本熵测度的受电弓振动信号故障特征提取模型。对振动信号进行聚合经验模态分解,接着对分解得到的本征模态函数计算参数优化后的样本熵特征。将获取的故障特征输入基于粒子群参数优化的支持向量机(PSO-SVM)进行受... 构建了基于时频分解-样本熵测度的受电弓振动信号故障特征提取模型。对振动信号进行聚合经验模态分解,接着对分解得到的本征模态函数计算参数优化后的样本熵特征。将获取的故障特征输入基于粒子群参数优化的支持向量机(PSO-SVM)进行受电弓故障识别分析。结果发现,基于受电弓顶管振动信号的EEMD样本熵故障诊断效果较好,而碳滑板振动信号诊断效果较差。针对这一特点,利用二代小波样本熵进行优化,进一步提高了碳滑板振动信号故障诊断结果,验证了现代时频分析算法与信息熵联合的诊断方法在受电弓振动信号特征提取与故障诊断的可行性与有效性。 展开更多
关键词 受电弓 故障诊断 时频分解 样本熵
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高速列车轴箱轴承健康监测与故障诊断研究综述 被引量:11
5
作者 顾晓辉 杨绍普 +1 位作者 刘文朋 刘泽潮 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1780-1796,共17页
随着我国高速列车的发展,针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注.轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车效率和运行安全.而现有诊断... 随着我国高速列车的发展,针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注.轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车效率和运行安全.而现有诊断方法和技术难以满足高速列车动态化、系统化的安全保障需求,亟待进一步发展轴箱轴承健康监测和诊断技术.首先,介绍了工程中维修检测、轨边监测和车载监测系统的主要内容和发展现状.然后,从动力学正、反问题两个方面,分析和总结了在轴箱轴承的理论建模方法和轴箱轴承与列车耦合系统的动态特性分析、基于先进信号处理技术和机器学习技术的诊断方法等方面的研究思路和研究进展.最后,对轴箱轴承健康监测与故障诊断技术的发展趋势进行了展望,评述了在指导列车故障预测与健康管理方面的不足. 展开更多
关键词 轴箱轴承 状态监测 故障诊断 故障预测与健康管理
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单轴滚动台车轮多边形磨耗激振试验及动态仿真 被引量:4
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作者 刘鹏飞 杨绍普 +3 位作者 刘永强 顾晓辉 刘泽潮 刘红军 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期102-109,共8页
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... 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2500 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1000 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。 展开更多
关键词 高速列车 车轮多边形 试验台 激振测试 动力学仿真
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柔性轮对的离散时间传递矩阵法建模及垂向振动 被引量:2
7
作者 刘鹏飞 杨绍普 +2 位作者 刘永强 顾晓辉 刘泽潮 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1375-1386,共12页
针对铁道车辆轮对系统的弹性振动及台架高频激振试验仿真问题,以离散时间传递矩阵法建立了柔性轮对振动模型.基于Newmark-β隐式法积分格式推导了分布质量弹性轮轴、集总质量车轮及弹簧-阻尼单元的离散时间传递矩阵,采用Riccati法、Newm... 针对铁道车辆轮对系统的弹性振动及台架高频激振试验仿真问题,以离散时间传递矩阵法建立了柔性轮对振动模型.基于Newmark-β隐式法积分格式推导了分布质量弹性轮轴、集总质量车轮及弹簧-阻尼单元的离散时间传递矩阵,采用Riccati法、Newmark-β法实现轮对系统垂向振动加速度以及速度、位移的求解,将轮对模型与采用新型显式积分法求解的构架、轨道轮组动力学模型集成,完成机车车辆单轴滚振试验台的动力学建模,提出了混合积分模式下动态仿真求解流程.基于滚振试验台,开展了轨道轮初始表面粗糙度、打磨多边形及局部凹陷状态下300~400 km/h高速运行试验,同步开展了相应的动力学仿真,通过在时域-频域对测试和计算结果的比较,检验了理论模型.结果表明,在振动加速度的时域-频域特性和幅值分布上,单轮对柔体模型总体能够较好反映500 Hz频率下系统的中高频振动规律,有效捕捉车轮不圆、多边形磨耗、局部凹陷等动态激扰,三种轨面状态下计算的轴箱加速度幅值误差总体低于9%,模型具有较好的适应性和准确性.但相关建模方法如何在复杂空间结构中应用需要进一步探索. 展开更多
关键词 柔性轮对 传递矩阵 动力学建模 高速试验 滚振试验台
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基于IMF-SVD包络谱法的轮对轴承故障检测方法研究 被引量:3
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作者 庄哲 陈星 +1 位作者 施莹 刘泽潮 《中国测试》 北大核心 2017年第6期93-98,共6页
针对经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)所得的本质特征函数(intrinsic model function,IMF)之间存在相互耦合、难以清晰提取高速列车轮对轴承的故障特征问题,提出一种轮对轴承故障检测的新方法。该方法的核心是应用EMD... 针对经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)所得的本质特征函数(intrinsic model function,IMF)之间存在相互耦合、难以清晰提取高速列车轮对轴承的故障特征问题,提出一种轮对轴承故障检测的新方法。该方法的核心是应用EMD自适应地分解轴承振动信号,得到多尺度的IMF,应用单尺度的IMF信号构造Hankel矩阵,对该矩阵进行奇异值分解(singular value decomposition,SVD),应用奇异值的差分谱来选择其关键奇异值,对关键奇异值进行奇异值重构,通过重构信号的包络谱分析来检测轮对轴承的故障。利用高速列车轮对轴承故障数据对该检测方法和模型进行验证,结果表明:该方法能够清晰地提取表征轴承故障特性的基频、倍频成分,突显故障频率特征,具有一定工程应用前景。 展开更多
关键词 轮对轴承故障 经验模态分解 本质特征函数 奇异值分解 包络检测
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基于HFWEO 和包络谱熵的轴箱轴承故障诊断方法研究
9
作者 伍川辉 郭辉 +1 位作者 尹纪磊 刘泽潮 《铁道机车车辆》 北大核心 2021年第6期105-110,共6页
轴箱轴承作为高速列车走行部中关键部件,它的故障监测诊断对于列车安全稳定运行至关重要。轴箱轴承在承受车体垂向载荷时,也受到轮轨激扰的影响。为在轮轨激扰下依然可以有效提取出轴承故障冲击信息,文中在频率加权能量算子(FWEO)的基... 轴箱轴承作为高速列车走行部中关键部件,它的故障监测诊断对于列车安全稳定运行至关重要。轴箱轴承在承受车体垂向载荷时,也受到轮轨激扰的影响。为在轮轨激扰下依然可以有效提取出轴承故障冲击信息,文中在频率加权能量算子(FWEO)的基础上提出了高阶频率加权能量算子(HFWEO)信号解调算法,HFWEO通过增大瞬时频率的权重,提高了算法的抗干扰性。同时利用包络谱熵确定HF⁃WEO算法的阶数,避免引入高频噪声。通过仿真信号以及试验信号进行验证,结果表明,相对希尔伯特变换(HT)、Teager能量算子,文中提出的算法在轮轨激扰下依然能够有效地提取轴箱轴承故障冲击。 展开更多
关键词 轴箱轴承 轮对冲击 故障诊断 高阶频率能量解调算子
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基于PIC单片机的直流无刷电机驱动控制器
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作者 吕仲军 刘泽潮 《石家庄铁道大学学报(自然科学版)》 2014年第3期75-78,83,共5页
介绍了一种基于PIC18Fxx单片机的直流无刷电机的控制器;实现了电机的过流保护、欠压保护、PWM调速和速度闭环控制;设计了主要的硬件电路;并给出了部分软件流程图。通过实验与仿真验证了系统的可靠性与稳定性。
关键词 直流无刷电机 闭环控制 单片机
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高阶频率加权能量算子在列车轴箱轴承故障诊断中的应用 被引量:7
11
作者 刘泽潮 张兵 +2 位作者 易彩 吴文逸 黄晨光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期46-56,共11页
针对轴箱轴承振动信号中微弱故障冲击难以识别的问题,提出了高阶频率加权能量算子的信号解调方法,进而完成轴箱轴承的故障诊断。频率加权能量算子(FWEO)通过在解调时加入信号中瞬时频率的权重,从而提高了干扰情况下解调的鲁棒性,但是当... 针对轴箱轴承振动信号中微弱故障冲击难以识别的问题,提出了高阶频率加权能量算子的信号解调方法,进而完成轴箱轴承的故障诊断。频率加权能量算子(FWEO)通过在解调时加入信号中瞬时频率的权重,从而提高了干扰情况下解调的鲁棒性,但是当干扰信号能量较大时,FWEO依然无法有效解调轴承的故障冲击信息。因此,在FWEO基础上通过高阶的导数运算,形成了高阶频率加权能量算子(HFWEO)。HFWEO通过高阶导数运算提高了瞬时频率的权重,从而有效提高了HFWEO对干扰信号的抑制作用;使用相关峭度准则确定合适的阶次,保证HFWEO在提高抗干扰性的同时又引入较少的高频噪声,从而实现更可靠的轴箱轴承故障诊断。使用所提出的解调方法对仿真信号与轴箱轴承振动信号进行解调,并与传统解调方法进行对比,结果表明,提出的HFWEO能量算子对干扰具有很好的抑制作用,可以在较低信号干扰比情况下具有良好的解调效果,同时所提的相关峭度准则可以准确地确定最佳的HFWEO阶次,在复杂干扰情况下依然可以有效提取轴承故障冲击,克服了传统解调方法在干扰严重时的局限性,抑制了干扰的影响,对信号中故障冲击识别更加有效,为更准确、快速判断轴承故障类型提供了可靠保证。 展开更多
关键词 列车轴箱轴承 滚动轴承故障诊断 能量算子解调 高阶频率加权能量算子
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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 被引量:11
12
作者 黄晨光 林建辉 +1 位作者 丁建明 刘泽潮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期17-26,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 轮对轴承 能量差分奇异值比谱 周期截断矩阵 奇异值分解
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基于峭度与互相关的IEWT轴承故障诊断方法研究 被引量:15
13
作者 郭辉 伍川辉 +2 位作者 刘泽潮 黄衍 于昊明 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1774-1780,共7页
经验小波变换(EWT)作为自适应的信号分解方法,其分解结果与频带边界的划分密切相关。尺度空间表征(SSR)算法可以根据信号的频谱自适应地实现信号的频带划分。但是,在对轴承信号处理时SSR容易产生过度划分,这就导致一个共振频带被分解成... 经验小波变换(EWT)作为自适应的信号分解方法,其分解结果与频带边界的划分密切相关。尺度空间表征(SSR)算法可以根据信号的频谱自适应地实现信号的频带划分。但是,在对轴承信号处理时SSR容易产生过度划分,这就导致一个共振频带被分解成多个分量,从而无法有效地提取故障冲击。因此,提出基于峭度准则与互相关分析的改进EWT算法:首先,根据尺度空间表征对信号的频谱进行划分;然后,计算每个分量的峭度值,对峭度值大于阈值的分量进行相关性分析,选取相关性高的分量进行合并;最后,对合并后的分量进行包络分析,提取故障冲击。通过使用仿真与实验数据对所提出的IEWT算法进行验证,证明该方法可以有效地对轴承早期微弱故障进行诊断。 展开更多
关键词 尺度空间 经验小波变换 峭度 互相关分析 故障诊断
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基于自适应VMD的高速列车轴箱轴承故障诊断 被引量:11
14
作者 黄衍 林建辉 +1 位作者 刘泽潮 黄晨光 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期240-245,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 轴箱轴承 故障诊断 尺度空间 变分模态分解
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