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基于Hilbert-Huang变换的列车车轮失圆故障诊断

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振动．测试与诊断 2016年第4期36卷 734-739,812-813页

作者：李奕璠刘建新李忠继西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院成都610031

研究列车车轮失圆的检测与诊断问题,采用基于改进的希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)的处理方法,首先,针对HHT方法固有的模态混叠现象,提出一种形态滤波-能量原则算法;然后,建立车辆轨道耦合动力学模型和典型的车轮故... 详细信息

研究列车车轮失圆的检测与诊断问题,采用基于改进的希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)的处理方法,首先,针对HHT方法固有的模态混叠现象,提出一种形态滤波-能量原则算法;然后,建立车辆轨道耦合动力学模型和典型的车轮故障模型,计算轴箱垂向振动的动态响应;最后,运用改进的HHT分析方法提取正常车轮、多边形化车轮和擦伤车轮引起的轴箱垂向振动的特征。研究结果表明,正常车轮与故障车轮之间以及不同类型故障的车轮之间Hilbert谱差异显著,可见该方法能够有效诊断车轮失圆故障。

关键词：车轮多边形踏面擦伤希尔伯特-黄变换模态混叠

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基于组合预测模型的轮轨力连续测试

西南交通大学学报 2012年第4期47卷 597-604页

作者：李奕璠林建辉刘建新西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了精确判断车辆的运行状态,提出了一种轮轨力连续测试方法.根据轮轨相互作用的特点,采用阈值判断法从测试数据中提取轮轨力的有效信息.针对轮轨力测试系统的时变性和不确定性,将动态测试序列作为灰色过程处理,提出用灰色理论对轮轨力... 详细信息

为了精确判断车辆的运行状态,提出了一种轮轨力连续测试方法.根据轮轨相互作用的特点,采用阈值判断法从测试数据中提取轮轨力的有效信息.针对轮轨力测试系统的时变性和不确定性,将动态测试序列作为灰色过程处理,提出用灰色理论对轮轨力进行连续测试.为了提高预测精度,结合遗传算法和神经网络对传统的GM(1,1)模型进行改进.建立了10个预测模型分别进行预测,然后将精度较高的预测值输入串联灰色神经网络进行二次预测,以提高预测精度与稳定性.将这10个预测模型应用到轮轨力连续测试中,结果表明:灰色系统、遗传算法与神经网络三者的组合模型具有较高的精度,平均相对误差不超过2%,满足轮轨力连续测试的要求,并且能够降低传感器失效对测试结果的影响.

关键词：轮轨力车轮失圆灰色模型遗传算法神经网络组合预测

对角切片谱提升的形态学滤波方法及其在万向轴故障识别中的应用

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振动与冲击 2017年第10期36卷 13-18页

作者：李奕璠林建辉刘伟渭西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

针对多尺度形态学滤波器将所有尺度的滤波结果进行算术平均这一问题,提出利用三阶累积量对角切片谱对其进行改进,用于对高速列车万向轴不平衡故障进行检测与识别。该方法首先对安装在齿轮箱的振动传感器采集到的信号进行多尺度形态学滤... 详细信息

针对多尺度形态学滤波器将所有尺度的滤波结果进行算术平均这一问题,提出利用三阶累积量对角切片谱对其进行改进,用于对高速列车万向轴不平衡故障进行检测与识别。该方法首先对安装在齿轮箱的振动传感器采集到的信号进行多尺度形态学滤波,得到不同尺度下的滤波结果,再计算滤波后信号的三阶累积量及其对角切片谱,最后依据对角切片谱的特征频率系数,选取出最能凸显故障特征的切片谱,从而避免了多尺度滤波器滤波结果的算术平均问题。在万向轴不平衡试验台进行了试验,结果表明,该方法能有效地识别出万向轴不平衡引起的基频和倍频故障特征,与传统的多尺度形态滤波相比,此方法更能彰显故障特征。

关键词：高速列车万向轴多尺度形态滤波对角切片谱

基于变尺度形态滤波的高速列车万向轴故障辨识研究

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机械工程学报 2018年第4期54卷 278-284页

作者：李奕璠刘建新林建辉西南交通大学机械工程学院西南交通大学牵引动力国家重点实验室

多尺度形态滤波器中如何准确确定分析尺度一直是一个没有得到很好解决的问题,但这一问题又非常重要,因为尺度选取的差异会直接影响滤波结果。为此,提出一种变尺度形态滤波器。在滤波过程中,结构元素的长度和高度不再是固定的,它可以根... 详细信息

多尺度形态滤波器中如何准确确定分析尺度一直是一个没有得到很好解决的问题,但这一问题又非常重要,因为尺度选取的差异会直接影响滤波结果。为此,提出一种变尺度形态滤波器。在滤波过程中,结构元素的长度和高度不再是固定的,它可以根据待分析信号的几何形貌特征作自适应的改变,使得结构元素与原始信号更为匹配,从而避免多尺度滤波中尺度选取这一难题。为了进一步提升滤波精度,构造一种新的结构元素,并与传统的扁平结构元素进行比较。将所提出的方法应用于在万向轴不平衡试验台上采集到的试验数据分析中,研究结果表明,变尺度形态滤波方法能有效辨识万向轴动不平衡引起的基频和倍频故障特征,与多尺度形态滤波方法相比,变尺度形态滤波更能突出故障特征。

关键词：变尺度多尺度形态滤波结构元素

高速列车万向轴不平衡故障检测的形态滤波方法

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振动工程学报 2018年第1期31卷 176-182页

作者：李奕璠刘伟渭林建辉西南交通大学机械工程学院四川成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

结构元素是数学形态学滤波器的重要组成部分,直接影响滤波的精度。针对目前广泛使用的直线和三角结构元素的缺陷,提出一种基于汉明窗的结构元素,对形态滤波方法进行提升,用于高速列车万向轴不平衡故障检测。首先从结构元素的基本构成形... 详细信息

结构元素是数学形态学滤波器的重要组成部分,直接影响滤波的精度。针对目前广泛使用的直线和三角结构元素的缺陷,提出一种基于汉明窗的结构元素,对形态滤波方法进行提升,用于高速列车万向轴不平衡故障检测。首先从结构元素的基本构成形式以及频率响应的角度,在理论上对直线和三角结构元素存在的不足进行了分析。再通过对多种常用的窗函数进行比较,论证汉明窗的优势所在,据此构建汉明结构元素,并将其应用于形态滤波中。在万向轴不平衡试验台进行了试验,结果表明:基于汉明结构元素的形态滤波方法能有效地识别出万向轴不平衡引起的基频和倍频故障特征,与传统的三角结构元素相比,此方法更能彰显故障特征。

关键词：故障诊断高速列车万向轴形态滤波结构元素

基于分层算子形态小波的轮对轴承复合故障检测

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机械工程学报 2022年第10期58卷 1-11页

作者：李奕璠杨杰陈再刚易彩林建辉西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

形态学算子可以分为降噪型算子和特征提取型算子两大类。现有的形态非抽样小波方法在多层分解的每一层均使用相同的形态学算子,但反复使用某种降噪型或特征提取型算子有时很难准确获得信号的特征信息。为此,提出分层算子形态非抽样小波... 详细信息

形态学算子可以分为降噪型算子和特征提取型算子两大类。现有的形态非抽样小波方法在多层分解的每一层均使用相同的形态学算子,但反复使用某种降噪型或特征提取型算子有时很难准确获得信号的特征信息。为此,提出分层算子形态非抽样小波,每一层分解采用不同的形态学算子,通过对去噪型和特征提取型算子的有机融合,方法在故障特征提取方面具有更强的针对性、灵活性,同时也具有明确的物理意义和可解释性。针对轮对轴承复合故障的特点,提出一种局部特征幅值比原则,从不同分辨率对应的不同分析尺度的分析结果中,分别挑选出对不同类型故障最为敏感的分析尺度,进而实现复合故障中各故障的有效分离。在试验台采集轮对轴承复合故障振动信号,将提出的分层算子形态小波应用于实测数据的分析。研究结果表明,提出的方法能有效检测轮对轴承复合故障,与现有的形态非抽样小波方法相比,分层算子形态小波对复合故障的辨识能力更强。

关键词：形态非抽样小波形态滤波故障诊断复合故障轮对轴承

考虑齿面摩擦的机车齿轮传动系统参数振动稳定性（英文）

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交通运输工程学报 2017年第2期17卷 52-63页

作者：王燕刘建新李奕璠虞大联谢鸣西南交通大学机械工程学院四川成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

针对机车齿轮传动系统的参数振动问题,建立了考虑齿面摩擦时机车齿轮传动系统的动力学模型,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并利用傅里叶级数展开,利用多尺度法进行求解,获得了系统参数振动稳定的边界条件。最后开展实例分析,研究... 详细信息

针对机车齿轮传动系统的参数振动问题,建立了考虑齿面摩擦时机车齿轮传动系统的动力学模型,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并利用傅里叶级数展开,利用多尺度法进行求解,获得了系统参数振动稳定的边界条件。最后开展实例分析,研究了齿面摩擦因数对机车齿轮传动系统参数振动稳定性的影响。分析结果表明:不计齿面摩擦时,当机车速度约为119.02/j km·h^(-1)(j是谐波项)时,系统会产生参数共振,摩擦因数越大,对应的参数共振速度越大;在参数共振速度附近存在系统振动不稳定区域,当系统阻尼系数和摩擦因数均为0,谐波项分别为1、2、3、4时,相对于参数共振速度的波动值分别为9.16、1.46、0.53、0.55km·h^(-1),系统振动不稳定;当阻尼系数为0时,在对应谐波项下,与摩擦因数为0时相比,齿面摩擦因数分别为0.1、0.2时,系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值分别增加了约4.88%、9.54%;当阻尼系数为0.01时,随着摩擦因数的增大,在系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值不一定增加;摩擦因数越大,系统稳定所需的阻尼系数越小。

关键词：机车工程齿轮传动系统齿面摩擦参数振动稳定性

轮轨黏着下计及齿轮啮合特性的机车驱动系统主共振

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振动与冲击 2018年第11期37卷 124-129,152页

作者：王燕刘建新李淼李奕璠蔡久凤西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001

针对机车驱动系统的振动问题,考虑了内部齿轮啮合的静传递误差、时变啮合刚度和齿侧间隙,建立了内部齿轮啮合动态激励和外部轮轨黏着力激励共同作用下机车驱动系统的动力学模型及方程,采用多尺度法进行求解,获得了系统主共振的频率响应... 详细信息

针对机车驱动系统的振动问题,考虑了内部齿轮啮合的静传递误差、时变啮合刚度和齿侧间隙,建立了内部齿轮啮合动态激励和外部轮轨黏着力激励共同作用下机车驱动系统的动力学模型及方程,采用多尺度法进行求解,获得了系统主共振的频率响应方程,并开展实例研究,仿真分析了系统参数变化对频率响应曲线的影响以及轮轨黏着力变化对驱动系统主共振响应的影响。研究结果表明:轮轨黏着力的动态变化值会影响系统主共振发生的频率和幅值;系统的非线性特性使得主共振的频响曲线产生多值情况,误差速度项激励的系数F_3、误差谐波项的幅值e_r、一次谐波刚度的比值k_(e1)的减小或系统阻尼的增大有利于减小多值区域的产生,同时,F_3、e_r、k_(e1)的减小对振幅有一定的抑制作用。此外,主共振时(不计齿轮啮合阻尼),在无量纲时间[2 000~2 500]范围内,当静平衡位置处蠕滑率s_0=0.012,考虑轮轨黏着力的动态变化时位移的最大值较轮轨黏着力为恒值时减小了约35.35%;当s_0=0.035,考虑轮轨黏着力的动态变化时位移的最大值较轮轨黏着力为恒值时增大了约115.55%;且两种情况下,考虑轮轨黏着力的动态变化与否对系统振动的相轨迹和频谱图具有较大影响。

关键词：机车驱动系统齿轮轮轨黏着主共振

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测力钢轨轮轨力连续输出算法

交通运输工程学报 2011年第4期11卷 36-40页

作者：李奕璠刘建新王开云林建辉王超峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

根据轮轨相互作用特点,利用地面测试数据的信息,采用阈值判断法提取有效的轮轨力数据。设计基于径向基函数神经网络的算法,用以处理不同测试单元处的轮轨力的非线性关系,用不同车轮不同作用点位置作用下的横、垂向力训练神经网络,实现... 详细信息

根据轮轨相互作用特点,利用地面测试数据的信息,采用阈值判断法提取有效的轮轨力数据。设计基于径向基函数神经网络的算法,用以处理不同测试单元处的轮轨力的非线性关系,用不同车轮不同作用点位置作用下的横、垂向力训练神经网络,实现了测力钢轨轮轨力的连续测试,并对3种工况进行了仿真试验。分析结果表明:既存在干扰又存在应变片损坏时的连续轮轨力精度较只存在干扰及部分应变片损坏的低;算法能对采样频率低于8 720.9 Hz的轮轨力信号进行实时处理,算法具有很好的适用性。

关键词：轮轨力测力钢轨连续测试径向基函数神经网络安全监测