高速列车轴箱轴承健康监测与故障诊断研究综述

随着我国高速列车的发展, 针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注. 轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件, 在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效, 影响列车的行车效率和运行安全. 而现有诊断方法和技术难以满足高速列车动态化、系统化的安全保障需求, 亟待进一步发展轴箱轴承健康监测和诊断技术. 首先, 介绍了工程中维修检测、轨边监测和车载监测系统的主要内容和发展现状. 然后, 从动力学正、反问题两个方面, 分析和总结了在轴箱轴承的理论建模方法和轴箱轴承与列车耦合系统的动态特性分析、基于先进信号处理技术和机器学习技术的诊断方法等方面的研究思路和研究进展. 最后, 对轴箱轴承健康监测与故障诊断技术的发展趋势进行了展望, 评述了在指导列车故障预测与健康管理方面的不足.      

陀螺电机用H型动压气体轴承启动摩擦特性分析

为减小陀螺电机用H型动压气体轴承启动过程中的摩擦与磨损,建立了考虑表面粗糙接触与润滑的H型动压气体轴承模型,对其启动摩擦特性进行研究。首先,通过求解轴粗糙表面在转子重力作用下的弹性变形,确定启动前转子启动位置和启动力矩。然后,对表面粗糙接触与润滑方程、转子五自由度运动方程进行联立求解,得到启动过程中轴承承载力、运动轨迹、接触面积等特性,并通过接触面积减为0来判断转子的浮起时间和浮起转速。最后,研究轴承表面粗糙度和腔型结构等参数对轴承启动摩擦特性的影响。分析结果表明:减小粗糙表面峰顶标准差可降低浮起转速、减小磨损范围;随着腔宽比的增大,浮起转速增大、磨损范围减小;而随着腔深的增大,浮起转速和磨损范围均先减小后增大,腔深为1.0μm和2.0μm时浮起转速和磨损范围分别最小。     

Volterra核函数法在轴承滚珠磨损中的特征提取及应用

针对滚动轴承滚珠磨损故障特征难以提取的问题,提出一种基于多脉冲激励法下的Volterra级数核的求解算法.该方法是一种非线性系统模型的“交叉”诊断法,利用轴承系统输入输出的采样信号,建立Volterra非线性辨识系统模型,并运用多脉冲激励Volterra低阶核求解算法,将得到的低阶核通过时域和频域进行对比来判断轴承当前所处的运行状态.该文以无心车床主轴轴承为例进行实验验证,并与传统的小波分析法对比得出:多脉冲激励法能够方便准确地提取轴承的故障特征,该方法对此类故障的诊断具有一定的借鉴意义.     

转子振动的灰色Verhuslt预测优化控制研究

以灰色预测控制理论为基础，首次将非线性GM模型引入到转子振动主动控制中，并采用现代控制理论中的二次型优化原理，以控制力和响应加权最小为目标函数，设计了转子系统振动的灰色Verhuslt预测优化控制方案。将该方案应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动控制中，仿真结果显示转子振动的灰色预测Verhuslt优化控制是有效的、可行的。     

水润滑高速动静压轴承试验研究

研究了动静压轴承在水介质润滑和高速、高压极端工况条件下,最小液膜厚度和流量等性能参数的变化情况,并将其与理论预测结果进行比较.结果表明,水润滑动静压轴承在高速时能够稳定运行,且形成完整的润滑液膜,没有出现明显的汽化及汽蚀现象,试验后轴承表面涂层基本完好.试验结果显示出轴承的承载能力和流量主要取决于供水压力,这与理论预测结果基本一致.     

电流变智能轴承挤压性能分析

电流变流体的流变性质可以通过调节外加电场（或电压）来控制，且响应时间极短，为此可用来制成电流变智能轴承。这种轴承的优点是可由计算机来监控轴承的工作状态，并根据其工作条件的变化来控制电压高低，从而改变轴承的性能，以适应外界环境。本文采用作者提出的以二次规划法为基础的双线性流变有限元法分析了电流变智能轴承的恒载径向挤压特性，给出了在不同外界电压下的轴承油膜沉降速度和时间曲线，通过数值讨论，证明电流变轴承具有很强的油膜保持能力的优点。     

控制力矩陀螺用磁轴承磁力参数的辨识

提出一种实用的闭环辨识方法—磁中心变位移法,可以对控制力矩陀螺用磁轴承的磁力参数进行辨识。这种方法通过在磁中心处改变转子位移,得出不同位移时的电流值,再用这些值进行最小二乘辨识,得出所求的磁力参数。辨识出的电磁力模型中代入实际数据所得输出值与磁轴承实际输出数据非常吻合,证明了辨识所得磁力参数的准确性,并且用所得到的磁力参数指导磁轴承系统控制器参数的选择,使之更好地对磁轴承进行控制。实验证明,调整后的参数使转子在 30 060 r/mim 时仍能稳定地悬浮在给定位置,验证了所得磁力参数的准确性。     

温升对大型精密离心机结构和技术性能的影响

讨论了温升时所研制的大型精密离心机液体静压轴承工作模式、光栅测量系统、失准角的影响，并对离心机热源进行了计算。在理论分析和实验研究的基础上，给出了温升问题的解决方法，并提出了今后精密离心机的改进建议。     

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。     

基于功率谱包络能量和SVM的舰用发动机故障诊断

发动机是军舰上的重要部件之一,其稳定性对军舰的正常航行具有重要影响。以舰用发动机关键部件(主泵轴承)为具体研究对象,提出了基于功率谱包络能量和支持向量机相结合的故障诊断方法。首先获取了大量可表征舰用发动机主泵轴承健康状态的振动加速度信息,对其进行功率谱分析,获得其功率谱的包络能量;以获取的舰用发动机主泵轴承功率谱的包络能量构建特征向量,并设计基于SVM的舰用发动机主泵轴承故障诊断模型,对主泵轴承的故障进行诊断研究。研究结果表明,采用基于功率谱包络能量和SVM相结合的舰用发动机关键部件故障诊断方法,可以很好实现主泵轴承的故障诊断效能,为舰用发动机主泵轴承故障诊断的工程应用奠定了基础。