【摘 要】
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轴箱轴承是高速列车走行部的关键部件之一,一旦出现故障将会严重影响列车的安全运行。目前,相关研究大多关注轮轨激扰对高速列车轴箱轴承内部作用力的影响,在对轴箱轴承故障机理方面的研究大多也仅限于轴承本身。除此之外,高速列车特殊振动环境的存在使轴箱轴承故障特征识别较为困难。因此,如何从复杂信号中提取故障特征以及选取轴箱上最佳提取位置是值得关注的问题。基于此,本文建立了双列圆锥滚子轴承与高速列车车辆耦合的动
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轴箱轴承是高速列车走行部的关键部件之一,一旦出现故障将会严重影响列车的安全运行。目前,相关研究大多关注轮轨激扰对高速列车轴箱轴承内部作用力的影响,在对轴箱轴承故障机理方面的研究大多也仅限于轴承本身。除此之外,高速列车特殊振动环境的存在使轴箱轴承故障特征识别较为困难。因此,如何从复杂信号中提取故障特征以及选取轴箱上最佳提取位置是值得关注的问题。基于此,本文建立了双列圆锥滚子轴承与高速列车车辆耦合的动力学模型,开展了轮轨激扰下轴箱轴承局部缺陷故障机理分析并讨论了不同的轴箱加速度测点对提取轴承故障特征的影响。主要研究内容包括:（1）应用Hertz接触理论和“切片法”,在Simulink中建立了包含六自由度保持架和滚子的高速列车轴箱用双列圆锥滚子轴承动力学模型,在此基础上,建立了考虑内、外圈分别具有单一局部缺陷时的轴箱轴承动力学模型,并通过仿真得到的时域波形及其包络谱验证了模型的正确性。（2）采用Simulink与UM联合仿真,建立了双列圆锥滚子轴承与高速列车车辆耦合的动力学模型,研究了高速列车轴箱的振动响应以及轴箱轴承具有单一局部缺陷时轴箱轴承-转向架-车体耦合系统的响应规律。研究结果表明:考虑轴承-转向架-车体的动态耦合时,轮轨激扰的存在使轴箱振动响应发生较为显著的变化,除此之外,信号的组成成分更加复杂,增加了故障特征提取和识别的难度。（3）为从复杂信号中提取故障特征,需先确定信号的频带组成成分。通过对轮轨激扰下内、外圈局部缺陷引起的轴箱振动响应进行频谱分析,研究了轴箱加速度信号中各主要成分的频带范围。研究结果表明:轨道不平顺以及车轮不圆度激扰主要体现在0～1000 Hz的低频段;轴箱轴承内圈单一局部缺陷影响的频率范围主要是125～2600 Hz;轴箱轴承外圈单一局部缺陷影响的频率范围是105～2600 Hz;1000～2600 Hz主要体现了轴箱轴承自身旋转振动响应,较容易反映轴箱轴承的故障特征。（4）通过对轴箱箱体、转臂以及轴箱内部不同位置测点仿真得到的加速度响应进行带通滤波和包络解调,确定了提取轴承故障特征的最佳测点位置。研究结果表明:内圈故障下,测点位置位于轴箱箱体和转臂位置时轴箱中心点沿列车运行方向的位置幅值较大并且更容易提取出内圈故障特征频率;外圈存在故障下,轴箱上距离外圈故障较近的测点以及外圈故障位置点较容易提取出外圈故障特征频率。测点位置位于轴箱内部时轴箱中心点处与列车运行方向相反的测点很难体现出轴箱轴承相应内外圈故障的故障特征。
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