轨道车辆弹性车轮橡胶层动刚度研究

1

作者 郑沥昕 圣小珍 周信 《铁道学报》 北大核心 2025年第6期68-81,共14页

弹性车轮主要由轮辋、轮芯、橡胶层组成。假设轮辋和轮芯为刚体,基于轮辋、轮芯、橡胶层之间的相互作用和力系简化理论,定义弹性车轮橡胶层的动刚度矩阵,并建立上述动刚度矩阵与车轮频率响应函数之间的代数关系。以某公司生产的弹性车... 弹性车轮主要由轮辋、轮芯、橡胶层组成。假设轮辋和轮芯为刚体,基于轮辋、轮芯、橡胶层之间的相互作用和力系简化理论,定义弹性车轮橡胶层的动刚度矩阵,并建立上述动刚度矩阵与车轮频率响应函数之间的代数关系。以某公司生产的弹性车轮为研究对象,通过锤击试验获取上述频响函数。通过反复试验,确定合理的受力点位置/方向和响应点位置/方向。基于奇异值分解进行矩阵求逆,减少了噪声对部分频响函数的影响,最终取得较好的效果。结果表明:橡胶层的动刚度总体上随着频率呈现上升的趋势;橡胶层轮辋侧的动刚度和轮芯侧的动刚度在300 Hz以下时较为接近,300 Hz以上时则有较大差异。 展开更多

关键词 弹性车轮 橡胶层 三维动态刚度 锤击试验 矩阵奇异值分解

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轨道交通动态客流对轮轨力特征影响研究 被引量：1

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作者 刘浪 王安斌 +2 位作者 高晓刚 鞠龙华 李炜 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2022年第2期46-50,共5页

为了研究轨道交通动态客流对轮轨力特征的影响,通过对列车实际线路进行试验分析动态客流对列车轮轨力、脱轨系数及频谱特征参数的影响。在线路曲线段位置钢轨上粘贴应变片,获得列车在不同客流工况下通过该区间段时的轮轨力大小,分析比... 为了研究轨道交通动态客流对轮轨力特征的影响,通过对列车实际线路进行试验分析动态客流对列车轮轨力、脱轨系数及频谱特征参数的影响。在线路曲线段位置钢轨上粘贴应变片,获得列车在不同客流工况下通过该区间段时的轮轨力大小,分析比较客流高峰期、客流非高峰期典型工况下轮轨力幅值大小、幅值变化趋势、脱轨系数大小及主频范围与频率变化规律。结果表明:动态客流对轮轨力幅值影响较大,随着客流增大轮轨垂向力幅值增大12.9%,轮轨横向力幅值增大7.5%。列车正常运营状态下脱轨系数在0.12~0.16之间变化,动态客流对脱轨系数影响较小,均在安全行车范围内。动态客流引起轮轨力主频幅值大小变化,钢轨内轨横向力共振频率由175 Hz偏移到155Hz,共振频率出现了偏移,但轮轨力频谱特征趋势基本保持一致。 展开更多

关键词 振动与波 动态客流 轮轨力 线路试验 动态检测 频谱分析

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提速地铁在车轮磨耗条件下的曲线运行稳定性研究

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作者 周慧 文永蓬 +2 位作者 钟硕乔 李家豪 宗志祥 《振动与冲击》 北大核心 2025年第17期262-271,共10页

地铁提速是未来城市轨道交通发展的一个重要趋势,而曲线线路则是地铁提速的瓶颈之一,长期服役过程中所产生的车轮磨耗问题,必然会给车辆曲线运行的稳定性带来挑战。为了掌握长期服役过程中提速地铁车辆的曲线运行性能,通过调研分析了某... 地铁提速是未来城市轨道交通发展的一个重要趋势,而曲线线路则是地铁提速的瓶颈之一,长期服役过程中所产生的车轮磨耗问题,必然会给车辆曲线运行的稳定性带来挑战。为了掌握长期服役过程中提速地铁车辆的曲线运行性能,通过调研分析了某地铁车辆的车轮半径和车轮廓形磨损情况,建立了考虑车轮磨耗的地铁车辆曲线通过动力学模型,研究了车轮半径与廓形磨损对地铁车辆在曲线线路上的横向运动稳定性影响。在此基础上,针对提速地铁车辆面临的蛇行失稳问题,指出加装抗蛇行减振器的必要性。结果表明:针对长期在曲线线路上运行的车辆,车轮廓形的异常磨损产生了整体较大且带有波动性突变的等效锥度;较大的等效锥度有利于车辆通过曲线,但在波动性突变的耦合作用下,可能会导致车辆端部在通过圆曲线时出现蛇行失稳问题,因而较大锥度是影响稳定性的主要因素,锥度的波动性突变则是影响稳定性的次要因素;安装抗蛇行减振器能够有效地解决地铁车辆曲线运行横向失稳问题。论文工作对服役地铁车辆在曲线上进一步提速面临的横向稳定性问题具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 地铁车辆 地铁提速 曲线通过 车轮磨耗 蛇行运动 抗蛇行减振器

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高速铁路轮轨噪声预测方法、特性规律及控制措施 被引量：11

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作者 圣小珍 葛帅 +1 位作者 成功 钟硕乔 《中国铁路》 2022年第8期103-117,共15页

基于轮轨相互作用原理和振动声辐射理论,阐述轮轨噪声发声机理。根据轮轨噪声发声机理,阐述轮轨噪声预测流程及涉及到的轮轨粗糙度、旋转轮对和无限长周期轨道结构声振特性、轮轨力特性以及它们的计算方法。结合现场测试数据和模型预测... 基于轮轨相互作用原理和振动声辐射理论,阐述轮轨噪声发声机理。根据轮轨噪声发声机理,阐述轮轨噪声预测流程及涉及到的轮轨粗糙度、旋转轮对和无限长周期轨道结构声振特性、轮轨力特性以及它们的计算方法。结合现场测试数据和模型预测结果,揭示轮轨噪声特性规律、影响因素以及常用轮轨噪声控制措施。在阐述上述内容的同时,提出需要进一步深入研究的问题。 展开更多

关键词 高速铁路 通过噪声 轮轨噪声 轮对动力学 轨道动力学

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考虑磨耗及不等厚辐板的轨道车轮振动声辐射特性 被引量：2

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作者 刘跃杰 文永蓬 +1 位作者 周月 吴俊汉 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2023年第9期1508-1515,共8页

为了降低轨道车轮振动的声辐射,以双S型辐板车轮为研究对象,建立了反映磨耗及不等厚辐板的9种城市轨道车轮三维有限元模型,分别获得了车轮在各阶振动模态下的固有频率及结构振型,对比分析了不同车轮的声功率级响应曲线,从而得到车轮在... 为了降低轨道车轮振动的声辐射,以双S型辐板车轮为研究对象,建立了反映磨耗及不等厚辐板的9种城市轨道车轮三维有限元模型,分别获得了车轮在各阶振动模态下的固有频率及结构振型,对比分析了不同车轮的声功率级响应曲线,从而得到车轮在不同磨耗条件及不等厚特征情况下的声辐射水平。研究结果表明:与初始现役车轮相比,辐板上部不等厚车轮在峰值声功率级上降低了13.82 dBA;随着踏面磨耗加深,车轮的噪声逐渐增大;辐板上部不等厚车轮在不同磨耗下的最大声功率级均小于初始现役车轮。 展开更多

关键词 轮轨噪声 城市轨道车轮 声辐射 磨耗 不等厚辐板

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考虑滚动噪声的地铁波磨打磨限值评估方法 被引量：2

6

作者 周月 文永蓬 +2 位作者 王向阳 宗志祥 吴俊汉 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期100-106,200,共8页

钢轨打磨能有效抑制波磨的发展,目前的打磨限值制定标准主要以车辆运行平稳性和行车安全性为依据,对影响环境线路的轮轨滚动噪声重视不足。为了获取服役条件下轮轨滚动噪声约束的地铁波磨打磨限值,根据对某地铁线路噪声段波磨情况的调查... 钢轨打磨能有效抑制波磨的发展,目前的打磨限值制定标准主要以车辆运行平稳性和行车安全性为依据,对影响环境线路的轮轨滚动噪声重视不足。为了获取服役条件下轮轨滚动噪声约束的地铁波磨打磨限值,根据对某地铁线路噪声段波磨情况的调查,建立了地铁波磨打磨限值综合评估模型。模型中将连续谐波模拟钢轨波磨作为系统输入,根据车辆-轨道耦合动力学理论以及轮轨接触关系确定轮轨动作用力和轮轨表面粗糙度之间的关系,分析获取了车辆-轨道耦合系统的振动响应和轮轨滚动噪声,指出了轮轨动作用力、轮重减载率和轮轨滚动噪声声压级3个指标对地铁线路钢轨波磨打磨限值的影响,进而形成了融合轮轨滚动噪声的地铁波磨打磨限值评估方法。结果表明:考虑轮轨滚动噪声影响的钢轨波磨打磨限值评估,不仅满足车辆运行平稳性和行车安全性的要求,而且保证地铁沿线噪声处于合理范围;基于轮轨滚动噪声对钢轨波磨最为敏感的特性,综合评估地铁波磨打磨限值,提高了载重变化时的车辆运行平稳性。 展开更多

关键词 波磨 车辆-轨道耦合 轮轨动态作用 滚动噪声 打磨限值

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Floquet波数域声学边界积分方程及其格林函数

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作者 邓蓉 圣小珍 钟硕乔 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第3期175-181,215,共8页

高速列车通过时车轮和钢轨振动所辐射的轮轨噪声,即使在车速为350 km/h时,也依然是高速铁路环境噪声的主要来源。以往在研究钢轨的声辐射时,认为钢轨与轨道板之间是一个连续的空隙,从而忽略了钢轨与轨道板之间的扣件所形成的周期性间隙... 高速列车通过时车轮和钢轨振动所辐射的轮轨噪声,即使在车速为350 km/h时,也依然是高速铁路环境噪声的主要来源。以往在研究钢轨的声辐射时,认为钢轨与轨道板之间是一个连续的空隙,从而忽略了钢轨与轨道板之间的扣件所形成的周期性间隙对声场的影响。针对无限长周期结构(如轨道结构上的钢轨)的声辐射问题,首先通过Floquet变换将经典的声学边界积分方程转化为Floquet波数域上的边界积分方程。Floquet波数域上的边界积分方程只需考虑一个基本单元的边界,因此可以大大缩小模型,但是其所涉及的格林函数是级数形式,相比常规的格林函数,还多包含一个参数(Floquet波数)。边界积分方程通常需要用边界元方法求解。为了便于以后编写边界元程序,研究上述格林函数的数学性质,包括级数表达的收敛性、场点与源点重合时的奇异性,以及随频率和波数的变化规律等。 展开更多

关键词 声学 周期结构 声辐射 声学边界积分方程 格林函数 Floquet变换

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钢轨动力吸振器三维动刚度矩阵测试和应用

8

作者 岳松涛 张林立 圣小珍 《铁道学报》 北大核心 2025年第4期103-114,共12页

根据钢轨动力吸振器与钢轨的相互作用方式和空间力系简化理论,提出吸振器提供给钢轨的三维动刚度矩阵的定义,基于锤击试验建立确定该矩阵的方法。在锤击试验中测试钢轨特定点之间的频率响应函数,根据频率响应函数得到钢轨质心加速度和... 根据钢轨动力吸振器与钢轨的相互作用方式和空间力系简化理论,提出吸振器提供给钢轨的三维动刚度矩阵的定义,基于锤击试验建立确定该矩阵的方法。在锤击试验中测试钢轨特定点之间的频率响应函数,根据频率响应函数得到钢轨质心加速度和角加速度,再根据动量和动量矩定理建立钢轨的动力学方程,即可一次得到吸振器的全部动刚度(一步方法)。考虑钢轨/吸振器系统的结构对称性,还提出确定吸振器动刚度的分步方法。吸振器测试结果表明,分步方法可以克服某些力-响应之间相干性差带来的问题,优于一步方法。最后根据测定的吸振器动刚度,通过带有钢轨吸振器的无限长周期轨道结构模型,计算钢轨振动衰减率,并分析吸振器对钢轨振动衰减率效果。 展开更多

关键词 钢轨动力吸振器 动刚度 锤击法 钢轨振动 振动衰减率

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扣件系统6×6阶动刚度矩阵的试验测定与有限元预测

9

作者 孙海波 圣小珍 +1 位作者 何光辉 岳松涛 《铁道学报》 北大核心 2025年第5期122-131,共10页

扣件对钢轨有6个方向(3个平动、3个转动)的约束,其完整的动态特性需要用一个6×6阶动刚度矩阵描述。分别从试验与仿真两方面对扣件系统的动刚度矩阵开展研究,根据扣件与钢轨的相互作用及力系简化原理,定义扣件系统的动刚度矩阵;基... 扣件对钢轨有6个方向(3个平动、3个转动)的约束,其完整的动态特性需要用一个6×6阶动刚度矩阵描述。分别从试验与仿真两方面对扣件系统的动刚度矩阵开展研究,根据扣件与钢轨的相互作用及力系简化原理,定义扣件系统的动刚度矩阵;基于短钢轨-扣件-轨枕(固定)系统中钢轨特定位置之间的频响函数,建立扣件系统动刚度矩阵的求解方法;以WJ-7B扣件为研究对象,通过锤击试验得到上述频响函数,获得该扣件系统的动刚度矩阵,并通过重复性试验验证方法的可靠性;为克服锤击试验对频带的限制且便于研究扣件参数对扣件动刚度矩阵的影响,建立短钢轨-扣件-轨枕(固定)系统三维有限元模型,预测上述频响函数和扣件系统的动刚度矩阵。对WJ-7B扣件动刚度矩阵的研究表明:各动刚度幅值随着频率的增长总体呈平缓上升的趋势,但在扣件系统的特征频率上呈现低谷或峰值,表现出明显的模态特征;在多数频率上,平动动刚度要远大于转动动刚度。 展开更多

关键词 高速铁路 扣件 动刚度 锤击法 有限元仿真

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应用质量线法测定弹性车轮的惯性参数

10

作者 郑沥昕 圣小珍 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期698-705,842,共9页

针对各类刚体惯性参数识别方法均存在工程局限性以及三维模型仿真结果与实测结果存在偏差等问题,提出应用质量线法测定某款有轨电车弹性车轮的质心坐标和惯性矩阵,并通过锤击试验的加速度频响函数得到质量线。首先,对质量线法的理论进... 针对各类刚体惯性参数识别方法均存在工程局限性以及三维模型仿真结果与实测结果存在偏差等问题,提出应用质量线法测定某款有轨电车弹性车轮的质心坐标和惯性矩阵,并通过锤击试验的加速度频响函数得到质量线。首先,对质量线法的理论进行重新推导,明确频响函数测试中激励点与响应点的选取原则;其次,研究激励点个数、施力方向等对最终结果的影响;最后,对比质量线先平均后计算与先计算后平均这2种数据处理流程的精度差异。结果表明:应至少采用3个锤击点与3个测点生成的27个频响函数,并确定了27个质量线值可得出矩阵方程唯一解,增加激励点数量可提升超定性并提高精度。3个锤击点的选择应该使得车轮分别有绕x、y、z轴的角加速度,必要时可通过附加轻质工装优化落锤位置。用于测试的三轴加速度计应尽量分散放置,不可在同一直线上。此外,应采用先平均质量线再求质心坐标和惯性矩阵的方式。 展开更多

关键词 惯性参数识别 质量线法 弹性车轮 锤击试验

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考虑波磨激励的城市轨道车辆轮对吸振器减振方法 被引量：3

11

作者 游浩明 文永蓬 +2 位作者 宗志祥 李琼 周伟浩 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第1期159-165,238,共8页

以抑制钢轨波浪形磨耗导致的城市轨道车辆振动为目的,提出一种新颖的适用于城市轨道车辆的轮对吸振器减振方法,建立包含轮对吸振器的车辆-轨道系统耦合模型。通过对轨道不平顺和钢轨波磨综合激扰源的构建,分析钢轨波磨激励对车辆系统动... 以抑制钢轨波浪形磨耗导致的城市轨道车辆振动为目的,提出一种新颖的适用于城市轨道车辆的轮对吸振器减振方法,建立包含轮对吸振器的车辆-轨道系统耦合模型。通过对轨道不平顺和钢轨波磨综合激扰源的构建,分析钢轨波磨激励对车辆系统动态响应的影响;针对轨道车辆的轮对振动特性,讨论轮对吸振器在不同工况下的减振效果。结果表明:钢轨波浪形磨耗会引起车辆系统各部件振动加剧,对轮对振动影响最为严重。在不同波长、不同波深波磨作用下,安装轮对吸振器的轨道车辆轮对振动都被很好抑制,轮对吸振器在不同速度以及不同载重工况下均有较好减振效果。轮对吸振器能够有效降低轮对的垂向振动,特别适合用于提升城市轨道车辆舒适性。研究工作为提高城市轨道车辆运行平稳性提供参考依据。 展开更多

关键词 振动与波 钢轨波磨 车轨耦合模型 吸振器 轮对振动 减振

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城市轨道车辆负刚度非线性吸振器减振方法 被引量：3

12

作者 徐硕 文永蓬 +1 位作者 张晨 宗志祥 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2022年第6期247-255,278,共10页

为减小城市轨道车辆垂向振动、提高乘客舒适性,利用负刚度机构的系统刚度呈非线性变化的特点,建立包含负刚度吸振器的城市轨道车辆垂向动力学模型,提出适用于城市轨道车辆的基于负刚度非线性吸振器的减振方法。针对城市轨道车辆车速以... 为减小城市轨道车辆垂向振动、提高乘客舒适性,利用负刚度机构的系统刚度呈非线性变化的特点,建立包含负刚度吸振器的城市轨道车辆垂向动力学模型,提出适用于城市轨道车辆的基于负刚度非线性吸振器的减振方法。针对城市轨道车辆车速以及载客量变化频繁的特点,研究负刚度非线性吸振器在不同工况下的减振效应。考虑车体端部的点头振动,揭示负刚度非线性吸振器可以对车体端部的合振动进行有效地抑制。通过负刚度非线性吸振器与传统被动式吸振器的减振效果对比分析,对负刚度非线性吸振器的减振机理进行探讨,最后验证了负刚度非线性吸振器减振能力。结果表明:负刚度非线性吸振器可以抑制不同工况下的车体垂向振动;不同速度下,安装负刚度非线性吸振器的车辆垂向减振效果优于传统被动式吸振器;负刚度非线性吸振器可以在较宽的振动频段上实现车体不同位置处的垂向振动抑制,有关结论可为负刚度非线性吸振器在城市轨道车辆上的进一步应用提供参考依据。 展开更多

关键词 振动与波 垂向振动 负刚度 吸振器 减振 Sperling指标

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基于锤击试验的钢轨扣件动刚度矩阵的测定 被引量：4

13

作者 孙海波 圣小珍 +1 位作者 何光辉 岳松涛 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第6期282-288,共7页

根据扣件与钢轨的相互作用和力系简化理论,定义扣件的动刚度矩阵,并基于锤击试验提出一个确定该矩阵的试验方法。首先把一段很短的钢轨按照现场情况安装在轨枕上,并视钢轨为刚体。然后用力锤在特定位置和方向激励钢轨,同时测量锤击力和... 根据扣件与钢轨的相互作用和力系简化理论,定义扣件的动刚度矩阵,并基于锤击试验提出一个确定该矩阵的试验方法。首先把一段很短的钢轨按照现场情况安装在轨枕上,并视钢轨为刚体。然后用力锤在特定位置和方向激励钢轨,同时测量锤击力和钢轨特定位置的响应,得到相应的频率响应函数。接着根据动量定理和动量矩定理在频域中建立钢轨的运动方程。最后从这些方程中解出扣件的动刚度矩阵。运用所建立的方法,测试我国高速铁路无砟轨道常用的WJ-8B扣件的动刚度矩阵。结果表明:提出的方法简单易行,且结果具有很好的重复性;扣件各动刚度的绝对值总体上都随频率的增长呈现上升的趋势,但在扣件系统的特征频率上会出现低谷或峰值,表现出明显的模态特征;在多数频率,平动动刚度的绝对值要远大于转动动刚度,且以垂向动刚度最大。 展开更多

关键词 振动与波 高速铁路 扣件 动刚度 动态特性 锤击法

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组合式道床系统减振特性分析及参数调查 被引量：3

14

作者 崔越 周信 鲁锦涛 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2231-2239,共9页

为研究组合式道床系统的减振特性并进一步优化组合式道床系统的减振效果,建立车辆-组合式道床系统耦合动力学模型,通过组合式道床系统变形情况线路测试验证模型正确性,并对道床垫和扣件刚度进行参数调查,给出组合式道床系统优化思路。... 为研究组合式道床系统的减振特性并进一步优化组合式道床系统的减振效果,建立车辆-组合式道床系统耦合动力学模型,通过组合式道床系统变形情况线路测试验证模型正确性,并对道床垫和扣件刚度进行参数调查,给出组合式道床系统优化思路。研究结果表明:降低道床垫刚度能增加组合式道床系统在20~200 Hz频段内的隔振效果,但会增大中低频频段的钢轨振动,由于钢轨振动总值主要由中心频率为630 Hz的高频振动决定,故降低道床垫刚度对钢轨振动总值基本没有影响;降低扣件刚度能增加组合式道床系统在50~200 Hz频段内的隔振效果,但会增大0~2500 Hz全频段内的钢轨振动,因此降低扣件刚度会增大钢轨振动总值;道床垫刚度对组合式道床系统隔振性能的影响大于扣件刚度;组合式道床减振性能优化应遵循以下思路:在符合《浮置板轨道技术规范》钢轨和轨道板变形限制的基础上,首先降低道床垫刚度,再获得扣件刚度最低取值范围;提出道床垫刚度在0.010~0.168 N/mm3范围内,扣件刚度在9~160 kN/mm范围内,组合道床系统在不同道床垫和扣件组合刚度下,钢轨和混凝土基础处的减振量计算公式;给出不同道床垫刚度下,扣件刚度的建议取值范围,为组合式道床系统后续优化和运用提供参考。 展开更多

关键词 组合式道床系统 车辆-轨道耦合动力学模型 振动加速度 参数调查 振动特性

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基于时间-角度循环平稳的轴箱轴承轨旁声学诊断

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作者 万懿茹 廖爱华 +1 位作者 胡定玉 师蔚 《噪声与振动控制》 2025年第6期214-219,239,共7页

转速信息是变转速工况下轴承诊断的必要信息,然而在轨旁诊断应用中转速信息无法同步获取。针对该问题,研究了一种等效转频提取与时间-角度循环平稳(Angle-time Cyclic Stability,ATCS)分析相结合的特征提取方法。首先对声信号进行去多普... 转速信息是变转速工况下轴承诊断的必要信息,然而在轨旁诊断应用中转速信息无法同步获取。针对该问题,研究了一种等效转频提取与时间-角度循环平稳(Angle-time Cyclic Stability,ATCS)分析相结合的特征提取方法。首先对声信号进行去多普勒,波束形成以及滤波等预处理,然后取预处理后声信号的包络信号使用同步压缩变换(Synchronously Squeezed Transform,SST)得到包络时频谱,通过瞬时频率估计方法提取故障频率曲线以获得等效转频,最后对声信号进行ATCS分析提取故障特征,实现故障诊断。仿真和实验结果表明,该方法能够在变转速工况下有效地从轨旁声学信号中提取轴承故障特征。 展开更多

关键词 故障诊断 轨旁声学 轴箱轴承 ATCS 瞬时频率估计

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