基于振动多特征的轻轨锚固螺杆松动故障诊断方法研究

论文摘要

本文的主要研究对象是重庆市轻轨交通的在役锚固螺杆,它们是连接轻轨轨道梁和墩台的关键受力部件,其健康状况将对轻轨的安全运行产生重大影响。为及时监测其健康状况,需要设计一个健康监测系统以确保轨道梁安全。本文作为健康监测系统的一个分支,主要研究基于振动多特征的轻轨锚固螺杆松动故障诊断方法,即利用该方法判断锚固螺杆紧固螺母的松动与失效情况。本文首先简单介绍了振动信号自动采集系统的软硬件设计,及自动采集的相关性原理。接着作者从工程实际出发,根据跨坐式轨道交通这种特殊环境的特点及锚固螺杆健康监测的需要,设计了轻轨在役锚固螺杆振动信号处理软件系统。本系统的主要目的是,根据锚固螺杆系统的输入(力锤激励信号)、输出(锚固螺杆振动响应信号)求解出能反映锚固螺杆系统特性的脉冲响应信号,并对此脉冲信号进行各种运算(时频分布特征、波包模型特征等),以从实验台上各已知力矩的信号中提取有效的特征作为判据,实现对现场锚固螺杆紧固螺母松动与失效的诊断。人工抽样检测的大量数据表明,被系统判为正常的锚固螺杆中所有抽样数据均为正常,没有故障锚固螺杆混入;被系统判为故障的锚固螺杆数据全部经过人工复查,其中仅有少部分(占全部被判为故障总数的6.7%)处于正常状态,其余均有故障,因此本系统可作为判断锚固螺杆是否处于正常服役状态的依据。这为轻轨锚固螺杆紧固螺母松动与失效故障分析提供了新方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构健康监测的研究现状
• 1.2.2 螺纹构件松动检测的研究现状
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文的研究内容
• 1.3.3 本文章节组织
• 2 轻轨锚固螺杆振动测试现状
• 2.1 引言
• 2.2 振动测试原理及实验研究
• 2.2.1 振动基本原理简述
• 2.2.2 锚固螺杆的实验研究
• 2.3 轻轨振动检测子系统研究现状
• 2.3.1 振动检测系统简介
• 2.3.2 振动采集系统简介
• 3 锚固螺杆振动信号特征提取与选择
• 3.1 特征提取原理及振动信号研究
• 3.1.1 时频参数
• 3.1.2 波包模型
• 3.1.3 小波波包
• 3.1.4 振型小波波包
• 3.1.5 经验模态分解
• 3.1.6 小波分解信息熵特征
• 3.2 特征选择方法研究
• 3.2.1 特征选择准则的确定
• 3.2.2 优化搜索算法简介
• 4 锚固螺杆振动信号识别处理软件系统设计
• 4.1 振动信号处理系统整体设计方案简介
• 4.2 振动信号处理系统的基本组成及作用
• 4.2.1 振动信号管理
• 4.2.2 脉冲信号管理
• 4.2.3 特征提取
• 4.2.4 特征集管理
• 4.2.5 特征选择
• 4.2.6 最优特征集管理
• 4.2.7 信号识别
• 5 振动信号处理系统的应用
• 5.1 原始振动信号的预处理
• 5.1.1 有效激励信号的筛选
• 5.1.2 信号的重采样
• 5.2 在役锚固螺杆数据的分类处理
• 5.3 诊断结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录