高速列车轴承故障特征信号提取及诊断方法研究

摘要

滚动轴承作为高速列车关键组成部分之一，其工作状态在高速列车运行中起着至关重要的作用，每年世界各地由于滚动轴承而引起的列车事故造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此，本文针对滚动轴承的状态监测研发了一套滚动轴承故障诊断系统，研究了轮对轴承声音信号的处理算法，采用小波去噪和希尔伯特-黄（HHT）的故障诊断方法。同时研究了齿轮箱轴承的振动信号处理方法，提出采用时域参数指标作为故障诊断方法；通过轴承跑合试验台实际采集的故障轴承的故障数据，验证了文中所提算法对实际采集信号的有效性。对于减少经济损失，防止列车事故发生，确保列车运行安全等方面具有比较重要的理论意义和应用价值。 首先对滚动轴承的主要组成结构和轴承各部件的振动机理进行了研究，总结了轴承各部件故障产生的原因及采取的有效措施，并且对不同种类轴承（球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承）的故障特征频率计算公式进行了归纳总结。同时，研究了常见的一些信号处理方法，分析了不同信号处理方法的优缺点，最终采用时域参数指标对振动信号进行诊断，利用傅立叶变换、小波去噪和 HHT 等方法对声音信号进行诊断。然后通过研究虚拟仪器技术，根据LabVIEW和MATLAB各自的优点，采用联合编程的模式开发滚动轴承故障诊断系统，系统具有轴承故障特征频率计算、时域参数指标判断、小波去噪和 HHT 等功能。最后进行滚动轴承运行试验，论文总共采用三套轴承模型数据，分别是球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承模型，第一，采用6205球轴承数据验证小波去噪和 HHT 两种信号处理方法的可行性和正确性；第二，在中车轮对轴承跑合试验台进行26型圆柱滚子轴承的跑合试验，基于小波去噪和HHT对声音信号的处理，诊断出轴承含有内圈和滚子故障；第三，在中车齿轮箱轴承跑合试验台对 R215 圆锥滚子轴承进行跑合试验，通过时域参数指标的趋势判断不同维修等级的轴承故障情况。

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