列车轴承复杂声学环境下轨边故障诊断方法研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina硕士学位论文论文题目到车轴承复杂声学环境下轨連故障诊斯方法研免王超作者姓名测武计量技术与仪学科专业孔凡让教授何清波到教授导师姓名二〇一五年五月完成时间硕士学位论文列车轴承复杂声学环境下轨边故障诊断方法研究作者姓名：王超学科专业：测试计量技术与仪器导师姓名：孔凡让教授何清波副教授完成时间：二〇一五年月日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeResearchoftrain

2、bearingwaysidefaultdiagnosisundercomplexacousticenvironmentAuthor'sName:ChaoWangSpeciality:MeasuringTechnology&InstrumentSupervisor:Prof.FanrangKongAsso.Prof.QingboHeFinishedTime:May3rd,2015中国科学技术大学学彳立论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或

3、撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开口保密（年）作者签名签字

4、日期：签字日期：■摘要摘要以国产现役客车轴承（型号为研宄对象，针对列车轴承轨边声学状态监测与故障诊断中存在的强噪声、陡畸变和多声源问题进行了探讨与研宄。结合多普勒校正、时域重采样、声源分离以及匹配特征参数提取等技术深入研宄系统中非线性、非平稳以及耦合声学信号，并对所提算法逐一进行仿真和实验验证，同时分析算法特点、优势和不足，为列车轴承轨边声学状态监测与故障诊断系统的研制和发展提供了一定的理论基础和解决办法。首先，本文介绍了国产现役客车轴承（型号的主要结构参数。针对型轴承以及轨边声学信号特点提出了“静态采集，动态播放”的实验方案，在设计的静态实

5、验平台采集信号后给出了单声源动态实验、多声源单频信号实验和多声源故障轴承信号实验的方案并阐述各实验目的。为后续理论分析提供了研宄对象和验证依据。其次，文章探索了多普勒效应下列车轴承轨边声信号的诊断方法。具体分析了轨边声学信号多普勒效应的原理及成因，结合运动学声学原理建立了轨边声信号多普勒畸变模型，提出了基于瞬时频率估计与时域重采样的多普勒效应校正方法和基于变换和多普勒瞬态匹配的轴承轨边声学诊断方法，从多普勒校正和多普勒嵌入这两个不同的角度分析和处理了多普勒效应对列车轴承轨边声学监测与诊断系统的影响，且两种方法均不需要进行参数预测量，显示了其工

6、程应用价值。最后，针对列车轴承轨边声信号的强噪声和多声源特性，阐述了噪声的种类和来源，对各噪声源与目标轴承的位置关系进行了分析，提出了基于可变带宽滤波器的非线性去噪方法用以滤除多普勒畸变信号中的非线性噪声进而分离和提取出有用信号。该方法在逐层滤出非平稳信号的同时利用噪声源与目标轴承的位置关系确定有用信号来源，滤除噪声干扰，提取故障轴承信息并对其进行诊断。仿真和实验均体现了算法在列车轴承轨边声信号降噪和声源分离上的有效性。关键词：列车轴承，状态监测与故障诊断，多普勒畸变，多声源分离，强噪声滤除，变换，多普勒嵌入，瞬态匹配，可变带宽滤波器。Abs

7、tractABSTRACTOurresearchfocusesonsolvingmainproblemsofstrongnoise,steepdistortionandmulti-sourceresultedfromwaysidetrainbearingsacousticconditionmonitoringandfaultdiagnosis,andtheresearchobjectisselectedastheNJ(P)3226X1bearingwhichplaysanactiveroleinChinaRailwayHigh-speed(C

8、RH).Inviewoftheanalysisdifficultycausedbynonlinearity,nonstationarityandcouplingof