车辆轴承振动信号分析及故障诊断的研究

摘要

铁路是国民经济的大动脉，它担负着全国大部分运输任务，而机车车辆是完成这些任务的运载工具。轴承的工作状况是影响铁路运输安全的重要因素之一。机车车辆轴承是铁路机车车辆上最容易危及行车安全的易损件。因此，开展机车车辆轴承故障诊断与预报的研究，对避免重大事故、变革维修体制和促进经济发展等都具有重要的现实意义。 首先简单介绍了机车车辆轴承故障机理分析，包括轴承故障的故障形式及其成因、振动机理、振动模型及故障特征频率等。介绍了当前机车车辆轴承故障的监测方法(轴温监测法、油液分析法、油膜电阻分析法、声发射法、振动监测法)。详细研究了故障诊断领域比较活跃的理论与方法，这些方法包括时频域参数指标诊断方法、FFT变换诊断方法、小波变换诊断方法、Hilbert-Huang变换诊断方法和一些基于智能技术的诊断方法等。在方法研究的基础上，本文分别采用FFT变换诊断方法、小波变换诊断方法、Hilbert-Huang变换诊断方法与时频域参数指标诊断方法相结合对机车车辆轴承的故障振动信号进行处理分析和比较。对振动加速度信号的提取、振动加速度信号调理电路、振动信号的数字处理、多线程编程、WIN32 API串口通信编程、DLL动态链接库应用、OLE DB数据库编程等应用技术进行了研究，完成机车轴承故障诊断系统软硬件平台的设计与调试。 经过对轮对滚动实验台的实验数据的处理和分析，机车车辆轴承故障诊断系统能从具有强背景噪声的机车车辆轴承振动加速度信号中提取故障特征，实现机车轴承故障识别与故障类型自动辨别。 本文的工作基础是我们为某重点实验室研制的机车车辆轮对试验台。该试验台已经成功交付实验室使用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1机车车辆轴承故障诊断研究的目的及意义

1.2机车车辆轴承故障诊断研究现状

1.3本文研究内容

第二章机车车辆轴承的故障机理与监测方法

2.1机车车辆轴承故障机理分析

2.1.1轴承故障产生的原因分析

2.1.2轴承故障的振动机理

2.1.3机车车辆轴承的故障形式

2.1.4机车车辆轴承的振动模型和故障特征频率

2.2机车车辆轴承故障监测方法

2.3小结

第三章机车车辆轴承故障诊断的技术与方法

3.1时频域参数指标诊断方法

3.2轴承故障的现代诊断方法

3.2.1快速傅里叶变换(FFT)诊断方法

3.2.2基于小波变换的轴承故障诊断方法

3.2.3 Hilbert-Huang变换诊断方法

3.2.4轴承故障的智能诊断方法

3.3机车车辆轴承故障的综合精密诊断方法

3.3.1轴承诊断方法的综合比较

3.3.2本系统所采用的综合精密诊断方法

3.4小结

第四章机车车辆轴承状态监测与故障诊断系统

4.1机车车辆轴承故障诊断的基本环节

4.2机车车辆轴承故障诊断系统的总体结构

4.3传感器的选用布置及其原理

4.3.1传感器的选用布置和通道选择电路

4.3.2压电加速度传感器

4.4信号调理电路

4.4.1电荷放大器

4.4.2程控放大器

4.4.3带通滤波器

4.4.4包络检波器

4.4.5低通滤波器

4.5 A/D转换电路

4.6 RS232-CAN总线接口

4.7机车车辆轴承状态监测与故障系统的软件的研究

4.7.1微控制器的选择

4.7.2软件系统需求分析与工作流程

4.7.3软件系统实现的几个关键技术

4.8小结

第五章实验数据处理与分析

5.1实验装置的设计

5.1.1轮对滚动实验台原理及总体结构

5.1.2试验台的电气控制方案

5.2实验数据处理和分析

5.2.1外圈故障

5.2.2正常情况

5.3小结

第六章结论和展望

6.1主要工作

6.2下一步工作

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果