铁道车辆及其关键零部件状态监测方法的研究

摘要

我国的铁道车辆明显加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐，大批快速和重载运营线路相继开通，这需要一种新的维修制度来适应新的运营条件。国内外提出了一种新的维修制度：状态修。状态修的基础是状态监测，状态监测能为状态修提供依据。本文主要对状态监测方法作出了一些研究。 本文首先介绍了状态监测的方法(包括时域法、频域法和基于模型的状态监测方法)、轴承故障诊断的基本方法和灰箱辨识的相关理论。并对这些方法中使用到的技术进行了研究，包括Kalman滤波器算法，响应面方法(RSM)和独立分量分析(ICA)。 本文的主要研究内容包含： (1) 提出了一种新的基于Kalman滤波器的状态监测方法，并利用它监测铁道车辆垂向悬挂系统的状态。在基于模型状态监测的框架下结合Kalman滤波器提出了一种基于Kalman滤波器的状态监测方法，并采用两次微分的方式对这种状态检测方法进行改进。 (2) 提出了一种基于响应面的灰箱辨识方法，并利用该方法辨识铁道车辆悬挂系统的参数。结合相应面优化方法和灰箱辨识，避免了对非凸不可微的灰箱问题求微分的困难，从而为灰箱问题的解决提供了可能性。 (3) 新的共振解调方法及其在货车滚动轴承故障诊断中的应用。鉴于传统的共振解调方法不能很好的诊断出隐性轴承故障，该方法通过最大包络准则从信号的时频图提取多组数据实施独立分量分析，再进行细化Fourier变换便可对轴承剥落故障进行诊断。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1铁道车辆状态监测的意义

1.2铁道车辆状态监测和故障诊断的研究现状

1.3铁道车辆状态监测的研究方法

1.4论文的主要研究工作及其本文的结构

第二章状态监测的基本理论与方法

2.1状态监测的基本研究方法

2.1.1时域法

2.1.2频域法

2.1.3基于模型的状态监测方法

2.2滚动轴承的故障诊断方法

2.2.1一般方法

2.2.2滚动轴承接触面剥落故障

2.3 Kalman滤波器

2.4灰箱辨识理论与响应面优化方法

2.4.1系统辨识与灰箱辨识

2.4.2响应面方法

2.5独立分量分析

2.5.1基本思想

2.5.2非高斯性的度量

2.5.3快速算法

2.6小结

第三章新的共振解调方法及其在铁道车辆滚动轴承故障诊断中的应用

3.1新的共振解调方法

3.2在铁道车辆滚动轴承故障诊断中的应用

3.2.1外圈剥落故障诊断

3.2.2内圈剥落故障诊断

3.2.3滚动体剥落故障诊断

3.3小结

第四章基于Kalman滤波器的状态监测方法及其在铁道车辆中的应用

4.1铁道车辆垂向动力学模型

4.2基于模型的状态监测方法

4.3在铁道车辆状态监测中的应用

4.4对基于模型状态监测方法的改进及其应用

4.5小结

第五章基于响应面的灰箱辨识方法及其应用

5.1优化模型

5.2基于响应面的灰箱辨识方法

5.3客车垂向系统的参数辨识

5.3.1单自由度模型的悬挂参数辨识

5.3.2单轴车垂向模型的悬挂参数辨识

5.3.3双轴车垂向模型的悬挂参数辨识

5.4小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录及参加的科研项目