【摘 要】
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随着我国高速动车组运行速度的不断提升,运营里程也不断增加,保障列车的安全平稳运行至关重要。轴箱轴承是高速动车组传动系统中的关键部件,发生故障会直接影响行车安全。精确获取轴箱轴承在列车运行状态下的受载情况,可以为轴箱轴承故障演变研究、剩余寿命研究提供仿真及实验数据,甚至还可以根据轴承受载情况开展状态监测、故障诊断。但由于轴箱轴承的装配方式特殊,无法通过试验直接测量其承受载荷,因此需要一种间接方法—载
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随着我国高速动车组运行速度的不断提升,运营里程也不断增加,保障列车的安全平稳运行至关重要。轴箱轴承是高速动车组传动系统中的关键部件,发生故障会直接影响行车安全。精确获取轴箱轴承在列车运行状态下的受载情况,可以为轴箱轴承故障演变研究、剩余寿命研究提供仿真及实验数据,甚至还可以根据轴承受载情况开展状态监测、故障诊断。但由于轴箱轴承的装配方式特殊,无法通过试验直接测量其承受载荷,因此需要一种间接方法—载荷识别,通过测量轴箱振动加速度数据对轴箱轴承所受外载荷进行逆计算。本文主要研究工作如下:(1)结合Newmark-β积分法将系统运动微分方程转化为状态空间方程形式,建立了载荷识别正向方程,在此基础上分析了载荷识别中存在的不适定问题,并通过截断奇异值分解(TSVD)方法和Tikhonov正则化方法处理反问题的病态特性,建立了基于状态空间的载荷识别方法。对单自由度系统和多自由度系统(MIMO)载荷识别进行数值计算,对比不同方法的抗噪性能,相对于Tikhonov正则化方法,截断奇异值分解(TSVD)表现出了更好的抗噪性。(2)基于正则化方法建立误差方程,确定目标函数,结合状态空间方程和动态规划算法将连续时域过程离散化,把整个过程的最优决策分为多个子决策问题;基于Bellman最优原理建立了最优识别载荷的递推公式,提高了计算效率,同时采用了小波降噪方法,有效的提高了方法的抗噪性能。通过对单自由度系统和多自由度系统(MIMO)载荷识别进行数值计算,基于动态规划的载荷识别方法取得了很好的识别效果,适用于多自由度复杂系统的求解。(3)结合车辆系统动力学与基于动态规划的载荷识别方法进行了高速动车组轴箱轴承外载荷识别计算。考虑到试验测量数据的局限性,通过SIMPACK仿真计算获得轴箱振动加速度数据和用于载荷识别结果验证的相关载荷;在车辆系统动力学模型基础上,通过动态规划算法和正则化方法建立轨道车辆系统的载荷识别模型;将轴箱振动加速度作为载荷识别模型的输入,计算得到轮轨垂向和横向载荷,然后根据轮对单元受力分析和轴承受载情况,求解轴箱轴承受到的外载荷。对比分析识别结果与仿真结果,轮轨垂向载荷相关系数大于0.88,具有极强相关性;轮轨横向载荷相关系数在0.6-0.8之间,具有较强相关性;轴箱轴承垂向载荷与横向载荷相关系数在0.4-0.6之间,具有中等相关性。
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