CRH5型动车组万向轴动不平衡故障检测方法研究

摘要

随着我国高铁的迅速发展，高速列车运行安全已成为高铁的一项重要研究内容。CRH5型动车组传动系统由牵引电机、齿轮箱、万向轴和安全装置组成，通过万向轴将电机驱动力和力矩传递给齿轮箱。万向轴服役环境复杂，在运行过程中极易产生偏心引起动不平衡，其将会导致传动系统振动加剧，进而影响列车运行性能。深入开展万向轴状态检测和动不平衡故障诊断的研究，对保证列车安全运行具有重要意义。本文将双树复小波包和最小二乘支持向量机应用于动不平衡检测中，提出动不平衡故障诊断模型，并通过振动试验台和实测线路数据验证了所提方法的可靠性。 首先，本文对万向轴运动形式和动不平衡故障机理进行分析，研究动不平衡故障特征。 针对万向轴振动信号非平稳，故障特征提取难度大的问题，提出采用双树复小波包分析方法，并通过仿真信号证明：与传统小波包方法相比，双树复小波包方法能更好的保证信号平移不变、抗混叠和能量泄漏，为万向轴故障特征提供了有效的分析手段。 针对双树复小波包滤波器组不能完全截止问题，提出一种改进方法：在分解和重构过程中，增加两个算子，实现消除理论频带范围外频率成分。通过滤波特性曲线证明改进方法的有效性。 接着，以振动试验台数据为例，采用改进双树复小波包方法确定能够反映万向轴动不平衡的时域、频域特征参数，构造特征向量，并采用主成分分析法实现数据降维。 最后，应用最小二乘支持向量机对数据进行分类，并以振动试验台数据和课题组实测得到的线路数据为例，比较支持向量机和最小二乘支持向量机两种方法的分类性能。结果表明，最小二乘支持向量机分类方法在保证准确率的基础上有效降低分类时间。最小二乘支持向量机对振动试验台数据的分类准确率达 100%，对实测线路数据的分类准确率达 97.5%。

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