【摘要】：機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)對(duì)高速發(fā)展的制造業(yè)核心裝備進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)、預(yù)警和診斷,以避免或減少重大安全事故,具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。隨著技術(shù)發(fā)展,高速鐵路運(yùn)輸已成為最重要的交通運(yùn)輸方式之一,其安全性、舒適性與高效性一直是國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。通過健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)列車運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)預(yù)防列車事故發(fā)生、保障列車運(yùn)行安全具有重要意義。列車輪對(duì)軸承作為核心部件之一,其健康狀況直接影響列車運(yùn)行安全。輪對(duì)軸承故障作為一種常見故障,其監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)以其具備非接觸式測(cè)量、早期故障預(yù)警和成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的青睞。但多運(yùn)動(dòng)聲源混疊的復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境卻對(duì)列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)的可靠性帶來了挑戰(zhàn)。論文以獲得清晰的聲譜特征為目標(biāo),將多源混疊問題分解為同側(cè)、同軸與復(fù)合運(yùn)動(dòng)聲源混疊問題,以空時(shí)濾波器設(shè)計(jì)為主要技術(shù)手段,逐步解決多運(yùn)動(dòng)聲源分離與校正、提取與增強(qiáng)、數(shù)目與相對(duì)位置估計(jì)等技術(shù)難點(diǎn),最終形成一套列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷的系統(tǒng)性技術(shù)解決方案。首先,根據(jù)列車通過時(shí)測(cè)量得到的多運(yùn)動(dòng)聲源分布結(jié)果,論文將多運(yùn)動(dòng)聲源混疊問題細(xì)分為同側(cè)、同軸與復(fù)合運(yùn)動(dòng)聲源混疊問題,并分析了各自的特點(diǎn),揭示了多個(gè)運(yùn)動(dòng)聲源難分離、故障特征信號(hào)難提取、數(shù)目與相對(duì)位置難估計(jì)等三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。根據(jù)目前使用的列車軸承,建立了以軸承故障特征頻率判斷軸承故障類型的靜態(tài)檢測(cè)理論基礎(chǔ),介紹了軸承故障動(dòng)態(tài)聲學(xué)檢測(cè)的波動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。根據(jù)需要解決的三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)設(shè)計(jì)了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及信號(hào)獲取方案。通過靜態(tài)信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)的對(duì)比,驗(yàn)證了軌邊聲學(xué)故障診斷系統(tǒng)中多源混疊問題的存在,并對(duì)傳統(tǒng)方法與陣列結(jié)構(gòu)在解決上述技術(shù)難點(diǎn)中存在的問題進(jìn)行了分析,為后文進(jìn)行深入研究奠定基礎(chǔ)。其次,針對(duì)同側(cè)運(yùn)動(dòng)聲源混疊中多個(gè)運(yùn)動(dòng)聲源難分離的問題,論文建立了基于均勻線性陣列的幾何模型和信號(hào)模型,并將該問題視為一個(gè)動(dòng)態(tài)盲源分離問題,提出了參數(shù)化時(shí)域分離矩陣和時(shí)域重映射矩陣設(shè)計(jì)的空時(shí)濾波重排方法,實(shí)現(xiàn)了同側(cè)運(yùn)動(dòng)聲源的分離與校正。利用簡單的相關(guān)運(yùn)算來去除噪聲和被扭曲的非目標(biāo)聲源分量,得到目標(biāo)聲源信號(hào)的估計(jì),通過包絡(luò)譜分析實(shí)現(xiàn)目標(biāo)聲源的故障診斷。該方法在時(shí)域?qū)崿F(xiàn)聲源分離與校正,去除殘余分量干擾的相關(guān)運(yùn)算操作簡單,具有計(jì)算效率高和輸出信噪比高的優(yōu)點(diǎn)。隨后,針對(duì)同軸運(yùn)動(dòng)聲源混疊中故障特征信號(hào)難提取的問題,論文建立了基于十字形陣列的幾何模型和信號(hào)模型,克服空域?yàn)V波只能抑制但不能消除非目標(biāo)方向干擾聲源和噪聲的本質(zhì)缺陷,提出了自適應(yīng)稀疏濾波方法,實(shí)現(xiàn)了軸承故障特征信號(hào)的提取與增強(qiáng)。論文將傳統(tǒng)空域?yàn)V波技術(shù)與無監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合,完全去除干擾聲源。在空域和時(shí)域完成信號(hào)處理,運(yùn)算效率高。通過空域?yàn)V波和稀疏濾波之后,噪聲得到極大程度地抑制,輸出信噪比高。這是無監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)方法與陣列信號(hào)處理方法在多運(yùn)動(dòng)聲源混疊問題中的創(chuàng)新應(yīng)用。最后,針對(duì)復(fù)合運(yùn)動(dòng)聲源混疊中數(shù)目與相對(duì)位置難估計(jì)的問題,論文利用斐波那契數(shù)列設(shè)計(jì)了具有優(yōu)異性能的斐波那契陣列結(jié)構(gòu)。并基于斐波那契陣列結(jié)構(gòu)提出了一種解卷積的清潔空時(shí)圖方法,實(shí)現(xiàn)了多運(yùn)動(dòng)聲源數(shù)目和相對(duì)位置的估計(jì)。類比于針對(duì)靜態(tài)聲源定位二維空間掃描的“聲學(xué)相機(jī)”技術(shù),論文提出了運(yùn)動(dòng)聲源定位時(shí)間與空間掃描的“聚焦聲學(xué)相機(jī)”新概念。論文設(shè)計(jì)了性能優(yōu)異的斐波那契陣列結(jié)構(gòu),以麥克風(fēng)陣列信號(hào)為分析對(duì)象,利用清潔空時(shí)圖方法實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)聲源數(shù)目與相對(duì)位置的準(zhǔn)確估計(jì),再利用空時(shí)濾波重排技術(shù)實(shí)現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)聲源的分離與校正,最后利用自適應(yīng)稀疏濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)軸承故障特征信號(hào)的提取與增強(qiáng),得到清晰的軸承故障信號(hào)聲譜以實(shí)現(xiàn)故障診斷。一條以多源混疊空時(shí)濾波器設(shè)計(jì)為主體,包含清潔空時(shí)圖方法、空時(shí)濾波重排方法、自適應(yīng)稀疏濾波方法的系統(tǒng)性技術(shù)方案得以建立,為最終實(shí)現(xiàn)列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷提供一定的研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

逡逑圖１．１美國ＴＡＤＳ系統(tǒng)［８８］。逡逑ＩＰｉｌｌｉ邋］＾ｍｍ逡逑圖１．２澳大利亞ＲａｉｌＢＡＭ系統(tǒng)［８９］。逡逑澳大利亞邋Ｖｉｐａｃ邋公司（ＶｉｐａｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓ＆Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ邋Ｌｔｄ．，ＶＥＳＬ）的全資子公逡逑司Ｔｒａｃｋ邋ＩＱ自１９９１年起著手研宄列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷技術(shù)，，并于１９９８年逡逑５逡逑

圖１．１美國ＴＡＤＳ系統(tǒng)［８８］。逡逑ＩＰｉｌｌｉ邋］＾ｍｍ逡逑圖１．２澳大利亞ＲａｉｌＢＡＭ系統(tǒng)［８９］。逡逑澳大利亞邋Ｖｉｐａｃ邋公司（ＶｉｐａｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓ＆Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ邋Ｌｔｄ．，ＶＥＳＬ）的全資子公逡逑司Ｔｒａｃｋ邋ＩＱ自１９９１年起著手研宄列車軸承軌邊聲學(xué)故障診斷技術(shù)，并于１９９８年逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN713;U279

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 方宏一;;感覺暫留的研究范疇芻議[J];中國廣播電視學(xué)刊;1989年06期

2 陳長升;黃險(xiǎn)峰;;基于小波變換抗混疊諧波檢測(cè)的一種新方法[J];電力系統(tǒng)保護(hù)與控制;2008年23期

3 劉琚,聶開寶,何振亞;非線性混疊信號(hào)的可分離性及分離方法研究[J];電子與信息學(xué)報(bào);2003年01期

4 路文梅;混疊誤差對(duì)諧波分析結(jié)果的影響[J];河北工程技術(shù)高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào);1996年04期

5 林志鵬;陳荻鍵;洪嘉龍;游靠安;展愛云;;一種防止混疊的藍(lán)噪聲模式采樣方法[J];科技創(chuàng)業(yè)月刊;2017年12期

6 張焱;任勇峰;姚宗;;抗混疊濾波設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2015年01期

7 何磊;王澤忠;;間諧波檢測(cè)中小波混疊抑制的一種新算法[J];河北電力技術(shù);2007年02期

8 馮毅;;預(yù)應(yīng)力鋼—混疊合連續(xù)梁的設(shè)計(jì)與施工[J];山西建筑;2007年16期

9 汪安民,王殊,陳明欣;一種抗混疊的非均勻周期采樣及其頻譜分析方法[J];信號(hào)處理;2005年03期

10 路文梅;電力參數(shù)實(shí)時(shí)采集中混疊誤差的研究[J];高電壓技術(shù);1998年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張廷芳;葛曼玲;;運(yùn)用變密度的k空間軌跡來減少混疊偽像[A];第十二屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

2 周祥;樊濤;;基于盲源分離的儲(chǔ)油罐底腐蝕混疊信號(hào)的識(shí)別與分離[A];第八屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

3 潘家楠;秦衛(wèi)陽;尚世杰;;Lamb波混疊波處理方法及在損傷識(shí)別中的應(yīng)用[A];第十二屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2017年

4 陳秉W

本文編號(hào)：2615899