轨道车辆轮轴故障检测系统研究

论文摘要

结合吉林省科技发展基金项目(20020326)“智能在线轨道机车轮轴探伤仪”,针对轨道机车轮轴故障的特点,研究了基于声发射检测技术的轨道机车轮轴故障检测系统。根据声发射信号特征,选择小波分析为主要信号处理方法,建立起一个基于小波分析的声发射信号处理的方法体系。研究了轨道机车轮轴裂纹扩展规律,建立出基于声发射信号能量的材料裂纹扩展模型和基于声发射信号能量的材料累积疲劳损伤模型。为了实现声发射信号的在线去噪,提出一种适合数字信号处理器并行计算的离散小波快速算法。开发了轨道机车轮轴故障在线检测仪和基于虚拟仪器的轨道机车轮轴故障检测分析平台,进行了系统软件和硬件的设计和调试。最后进行了去噪、定位和模型验证的试验研究。试验结果表明,模型准确度高;在线检测仪性能可靠,满足实时性要求;分析平台方法有效,满足声发射信号再分析需要。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 设备故障诊断目的及关键技术
• 1.1.1 设备故障诊断的目的和任务
• 1.1.2 设备诊断关键技术
• 1.2 课题研究的工程背景及意义
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.3.1 课题国外研究现状
• 1.3.2 课题国内研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 声发射与轨道车辆轮轴状态无损检测
• 2.1 声发射信号
• 2.1.1 声发射信号
• 2.1.2 声发射信号分析方法
• 2.2 声发射技术及关键
• 2.2.1 声发射检测原理
• 2.2.2 声发射技术的特点
• 2.2.3 影响声发射检测的关键因素
• 2.3 声发射信号处理技术
• 2.3.1 谱估计处理法
• 2.3.2 模式识别方法
• 2.3.3 人工神经网络模式识别方法
• 2.3.4 时频分析方法
• 2.4 轨道车辆轮轴故障及检测方法
• 2.4.1 轨道车辆轮轴裂纹故障与检测方法
• 2.4.2 轨道车辆轮轴滚动轴承故障与检测方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 小波分析的基础理论与工程应用
• 3.1 从傅立叶变换到小波变换
• 3.2 小波变换
• 3.2.1 小波函数
• 3.2.2 连续小波变换
• 3.2.3 离散小波变换
• 3.3 小波变换的物理理解
• 3.4 多分辨分析
• 3.4.1 多分辨分析
• 3.4.2 基于Mallat 算法的小波分解和重构算法
• 3.5 小波分析的工程解释
• 3.5.1 尺度函数和小波函数的构造
• 3.5.2 尺度函数和小波函数的意义
• 3.5.3 多分辨分析的的直观表示和理解
• 3.6 声发射信号小波分析的主要问题
• 3.6.1 小波基的选取
• 3.6.2 小波分解频率范围与分解尺度的确定
• 3.6.3 小波分析的边界问题
• 3.7 基于小波变换的声发射信号分析方法
• 3.8 本章小结
• 第四章 基于小波变换的轮轴疲劳裂纹模型建立
• 4.1 损伤容限设计与裂纹扩展规律
• 4.1.1 损伤容限设计基础
• 4.1.2 裂纹扩展规律
• 4.2 基于小波变换的声发射信号能量
• 4.3 基于小波变换的轮轴疲劳裂纹模型
• 4.3.1 基于声发射信号能量的裂纹扩展模型
• 4.3.2 基于声发射信号能量的累积疲劳损伤模型
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于小波变换的声发射信号在线去噪方法研究
• 5.1 声发射信号干扰噪声
• 5.2 基于小波变换的信号去噪方法
• 5.2.1 小波信噪分离原理
• 5.2.2 小波去噪方法
• 5.3 声发射信号小波去噪仿真研究
• 5.3.1 模拟声发射信号及噪声源的获取
• 5.3.2 小波基的选择
• 5.3.3 小波去噪仿真研究
• 5.4 离散小波的快速算法
• 5.4.1 实序列信号的快速傅立叶变换
• 5.4.2 离散小波变换的快速算法
• 5.5 本章小结
• 第六章 轨道车辆轮轴故障检测系统
• 6.1 轨道机车轮轴故障在线检测仪
• 6.1.1 引言
• 6.1.2 系统总体结构
• 6.1.3 声发射信号的拾取
• 6.1.4 FPGA 的应用及其选型
• 6.1.5 基于FPGA 的具有换体 FIFO 功能的实时数据采集子系统
• 6.1.6 基于DSP 的在线声发射信号处理系统
• 6.1.7 车速检测
• 6.2 基于虚拟仪器的轨道机车轮轴故障检测分析平台
• 6.2.1 系统设计方案
• 6.2.2 开发环境
• 6.2.3 系统软件设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 试验研究
• 7.1 声发射信号在线滤波
• 7.1.1 试验条件
• 7.1.2 信号去噪试验
• 7.2 轮轴故障与定位
• 7.2.1 轮轴故障试验条件
• 7.2.2 轮轴故障检测试验
• 7.2.3 轮轴故障定位试验
• 7.3 轮轴裂纹与累积疲劳故障模型
• 7.3.1 试验条件
• 7.3.2 试验结果
• 7.4 本章小结
• 第八章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 摘要
• ABSTRACT