基于故障注入的单轨列车齿轮箱退化状态识别
单轨列车是解决城市交通堵塞的有效途径，也是当下快速发展的交通工具之一，提升单轨列车传动系统的可靠性与稳定性也随之变得至关重要。齿轮箱是单轨列车传动系统的核心组件，受列车频繁启停和高负载工况影响，齿轮极易发生退化进而导致更加严重故障的发生，给城市轨道交通造成巨大的经济损失。故单轨列车齿轮箱的状态监测与退化状态识别对于提高列车传动系统运行可靠性、避免严重故障发生和降低维护成本具有重要意义。本文以国内跨座式单轨列车齿轮箱为研究对象，建立了单轨列车齿轮箱动力学模型，并基于退化模型数据，对其振动响应特性和退化状态识别两个方面进行了研究和分析。 主要研究内容为： （1）单轨列车齿轮箱的模型构建和振动机理分析。根据单轨齿轮箱的齿轮副参数，在 PROE 中构造单轨列车齿轮箱的装配体模型和退化模型；通过多体动力学仿真计算获得了齿轮间的时变啮合刚度，并借助 HyperMesh 软件建立含有柔性箱体的单轨列车齿轮箱刚柔耦合模型，分析了齿轮箱动态响应特性，研究了不同退化状态、不同齿轮副退化的齿轮箱振动特性。结果表明，建立的单轨列车齿轮箱刚柔耦合模型能够契合运动分析结果，从刚柔耦合动力学模型的振动响应中能明显提取出齿轮箱不同退化状态特征。分析结果表明：在时域上，齿轮退化直接导致了整体的振动加剧，频域上又呈现出各自不同的振动特性。 （2）单轨列车齿轮箱退化特征提取与分析。在单轨列车齿轮箱退化过程中，箱体整体振动响应变化较小，且退化特征容易被噪声和外部环境干扰掩盖，这种现象使得单轨列车齿轮箱退化特征的提取和分析变得较为困难。本文根据退化失效形式分析建立各类退化状态的动力学模型，研究单轨列车齿轮箱在各种退化状态下的振动响应，同时结合齿轮箱性能退化数据，分析单轨列车齿轮箱在退化情况下的时域特征和频域特征，并引入去趋势多重分形法更加全面的表征齿轮箱退化特征。 （3）结合注入故障的单轨列车齿轮箱退化状态识别。单轨列车齿轮箱退化初期退化特征与正常工况时相比，时频域特征区别不大，而且本身故障样本稀少，导致模型训练效果不佳。为准确识别单轨列车齿轮箱各退化状态，本文引入SSA-XGBoost 分类算法，设计了一种基于故障注入的齿轮箱退化状态识别模型。通过退化模型仿真数据，丰富原本有限的齿轮箱退化特征数据集，基于筛选的退化敏感特征集训练SSA-XGBoost分类模型，实现数据驱动与模型驱动相互结合的齿轮箱退化状态识别，为单轨列车齿轮箱状态监测与故障诊断提供一定参考。 文章最后总结了本文的主要研究工作，并对单轨列车齿轮箱退化状态识别技术的研究进行了展望。
单轨列车;齿轮箱;退化状态识别;特征提取;SSA-XGBoost分类算法;故障注入
重庆交通大学
硕士
计算机科学与技术
赵玲
2023
中文
U269.322
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）