[發(fā)明專利]一種列車萬向軸動不平衡特征譜線提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710692516.0
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107505127B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王開云;李倩;林建輝;楊敏;李艷萍
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01M13/028
• 分類號: G01M13/028
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 王蕓;陳明龍

本發(fā)明公開了一種列車萬向軸動不平衡特征譜線提取方法，該方法結(jié)合了雙樹復(fù)小波包、奇異值差分譜和包絡(luò)譜，其中，由于對萬向軸振動信號進(jìn)行雙樹復(fù)小波包變換，不僅能夠保證信號平移不變性，還不會造成頻率混疊、摻入虛假頻率信號。而且根據(jù)差分譜，確定奇異值的重構(gòu)個數(shù)，能夠最大限度地降低噪聲和、消除無用信號和凸顯特征譜線，因此，本發(fā)明能夠最大限度地降低噪聲干擾，提高譜線清晰度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及列車萬向軸動不平衡故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙樹復(fù)小波包、差分譜和包絡(luò)譜的列車萬向軸動不平衡特征譜線提取的新方法。

背景技術(shù)

列車傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能是列車運行安全的重要因素，其主要構(gòu)成為牽引電機(jī)、齒輪箱、萬向軸、輪對以及安全裝置。萬向軸為傳動系統(tǒng)的核心部件，主要作用是將電機(jī)驅(qū)動力矩傳遞給齒輪箱。萬向軸在列車運行過程中傳遞牽引力矩，極易產(chǎn)生偏心。并且，隨著列車運行里程增加，萬向軸節(jié)磨損，傳動軸平衡滑塊的松動等原因加劇萬向軸的偏心，從而引起動不平衡附加力矩增加，高速列車傳動系統(tǒng)振動加劇，進(jìn)而影響列車運行安全。為了保證列車傳動系統(tǒng)性能安全，對萬向軸動不平衡故障診斷非常必要。

萬向軸動不平衡為萬向軸在工作過程中偏離萬向軸十字節(jié)，產(chǎn)生由離心慣性力組成的不平衡力系。動不平衡值為量化萬向軸偏移量的大小，反映軸的狀態(tài)，通過萬向軸旋轉(zhuǎn)對兩端支撐軸承的作用力與旋轉(zhuǎn)角速度的商計算得到。現(xiàn)階段，萬向軸動不平衡的檢測需要將萬向軸卸下來之后再通過專門的檢測儀器進(jìn)行檢測，此種檢測方式操作復(fù)雜，且在拆卸萬向軸的過程中容易二次加劇萬向軸的破壞，影響萬向軸的使用壽命。因此，通過采集萬向軸振動數(shù)據(jù)對動不平衡故障進(jìn)行診斷，不僅可以降低對萬向軸的損壞，提高使用壽命，還可以實時分析萬向軸狀態(tài)，具有一定的工程意義。

而萬向軸動不平衡故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)為特征譜線的提取，通過對特征譜線的分析，可判斷萬向軸是否存在動不平衡故障。在實際運行中，列車傳動系統(tǒng)受力復(fù)雜，噪聲信號與萬向軸動不平衡故障信號混合在一起，微弱故障特征信號淹沒在其中，導(dǎo)致動不平衡特征譜線提取存在一定難度。傳統(tǒng)的提取特征譜線的方法有傅立葉變換、小波變換、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Model Decomposition，EMD)與集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EnsembleEmpirical Model Decomposition,EEMD)結(jié)合奇異值方法。傅立葉變換為信號頻域分析的經(jīng)典方法，此種方法不能考慮時間上對頻譜變化，且對噪聲信號敏感，不利于定量分析。小波變換、EMD等方法在對信號分解過程中存在頻率混疊、平移敏感性，頻帶能量泄漏等問題，嚴(yán)重影響特征譜線提取。

雙樹復(fù)小波包變換(Dual Tree Complex Wavelet Packet Transform，DTCWPT)采用二叉樹結(jié)構(gòu)，分別將信號分解為高頻分量和低頻分量，通過二抽樣得到系數(shù)。在對信號的分解與重構(gòu)中，實樹與虛樹系數(shù)互補，具有近似平移不變性和解析性等特點，現(xiàn)階段已廣泛應(yīng)用于在軸承與齒輪箱故障診斷、圖像處理、信號降噪等多方面。雙樹復(fù)小波包變換將信號分成等頻段分量，信號頻段較寬，成分復(fù)雜，微弱特征信號不明顯。奇異值分解具有消噪能力，現(xiàn)階段常用奇異值分解方法對信號進(jìn)行降噪，提高譜線特征。然而，奇異值排列順序代表分量信號能量大小，若均采用前幾個較大的奇異值對信號進(jìn)行重構(gòu)，某些微弱特征信號不能有效提取出來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：解決現(xiàn)有特征譜線提取方法中存在頻率混疊、特征頻率不明顯、噪聲信號未消除等技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種列車萬向軸動不平衡特征譜線提取方法，其包括以下步驟：

步驟S1，對采集到的萬向軸振動信號進(jìn)行雙樹復(fù)小波包變換，得到N個等頻段的分量信號；

步驟S2，根據(jù)每個分量信號，分別構(gòu)建相應(yīng)的Hankel矩陣，再對構(gòu)建的Hankel矩陣進(jìn)行奇異值分解，并根據(jù)得到的奇異值，計算出每個分量信號對應(yīng)的差分譜；