等效载荷与降噪技术融合的高速列车轮对轴箱装置早期故障在线诊断的研究

随着我国高速铁路里程的不断增加及运行速度的逐渐提高，高速列车轮对轴箱装置早期故障诊断的研究已经成为迫在眉睫的研究课题。本项目采用等效载荷与降噪技术融合的方法，探索高速列车轮对轴箱装置早期故障的在线诊断问题。该方法将基于等效载荷的故障诊断方法基本原理与先进降噪技术结合，采用合理的优化算法判别故障的类型、位置以及严重程度，具有能够实现故障的快速、准确、较早诊断以及充分利用研究对象动力学模型等的特点。研究工作包括：构建较高精度的轮对轴箱装置线性动力学有限元模型；建立轮对轴箱装置常见故障和齿轮损伤对应的等效载荷模型；探索适合于轮对轴箱装置振动信号的降噪方法；多故障耦合时，利用等效载荷或剩余位移，探索有效的方法，实现各故障类型、位置以及严重程度的快速准确诊断等。本项目的研究，将为高速列车轮对轴箱装置早期故障提供快速准确的在线诊断方法，实现故障的早期预示，保障高速列车的安全可靠运行。

本项目开展了包括高速列车车轮、车轴、构架、车体在内整车线性动力学有限元模型的构建，该模型中将车轴视为柔性，而其他部件设为刚性。利用构建的模型，根据等效载荷的定义，构建了轮对轴箱装置常见故障(车轮扁疤，车轴裂纹，车轮偏心，轨道波磨等)的等效载荷模型，提出了对应的故障诊断方法，结果论证了方法的有效性。在此基础上，完成了优化方法与基于等效载荷的故障诊断方法相结合的故障严重程度识别，结果表明在一定条件下故障严重程度的识别较为有效。完成了1:4的高速列车轮对轴箱装置试验台的设计及加工制造。探索了研究对象的线性动力学有限元模型的精确建模问题并获得了有效的解决方法；开展了基于等效载荷的梁裂纹诊断方法的研究，仿真结果表明该方法的有效性极大地优于基于固有频率变化的方法。发表论文12篇，其中SCI检索的论文2篇，EI检索的论文6篇，培养硕士研究生6名，申请专利1项，完成了项目拟定的研究内容和达到预期的研究目标。