高铁列车轮对动平衡测试理论与系统研究.pdf

摘要

轮对作为高铁列车的核心零件，其自身的性能指标直接影响高铁列车运行平

稳性。目前，高铁列车正在持续高速发展，为了寻求更高的行驶速度，轮对上不平

衡质量控制将越来越严格，研究高铁列车轮对动平衡技术可促进高铁列车高速、平

稳行驶。轮对动平衡技术是一个涉及到传感器技术、信号处理理论、计算机控制技

术等一个多学科交叉的技术，其中不平衡振动信号处理及质量标定算法是轮对动

平衡测试的核心问题。

针对动平衡测试问题本文主要从动态不平衡响应、动平衡测试理论、信号处理

算法、不平衡质量标定方法进行了深入研究。主要研究工作如下：

（1）详细的研究了动平衡测试方法及相关理论，建立轮对双支撑架振动系统

力学模型，构建轮对在存在不平衡质量下的力学方程，再针对振动微分方程进行力

学分析。计算轮对上由不平衡质量所引起的振动响应。通过理论分析表明：转速不

变，阻尼很小的情况下，轮对不平衡动态响应是与转速同频的振动响应，且振幅大

小与不平衡质量大小成正比。

（2）研究并设计轮对动平衡测试方案及测试平台的搭建，使用光电传感器测

量轮对转频，采用振动传感器用来测量轮对不平衡质量振动信号，设计放大及低通

滤波电路，并对所选用的各个硬件工作原理及调试过程进行了详细的论述。提出双

面影响系数法，对不平衡振动信号的幅值及相位参数进行了标定。通过LabVIEW

软件进行了测试系统软件的开发，程序运行流畅，并且有良好的人机交互界面。

（3）研究振动信号特征提取算法，提出了改进阈值函数及阈值控制规则的自

适应小波消噪方法对信号进行滤波消噪处理，对比传统软阈值小波消噪法，信噪比

提高10.2，均方根误差减少0.64。传统的相关分析法容易受到量化误差及频率干

扰影响。文中采用了子空间算法进行了信号频率分析，根据频率情况通过变采样分

辨率相关分析法对信号的振动特征进行了精确提取，通过仿真及实验，验证了该方

法的可靠性，轮对不平衡质量及位置均基本接近试重块叠加质量。经检测轮对不平

衡质量最大误差为5g，相位误差最大为6°。

关键词：动平衡；变采样分辨率；高铁列车轮对；相关分析法；自适应小波消

噪

Abstract

Asthecorepartsofhigh-speedtrain,theperformanceindexofwheelsetdirectly

affectsthesmoothnessofhigh-speedtrainoperation.Atpresent,thehigh-speedtrainis

continuingtodevelopatahighspeed,andinordertoseekforhighertravelingspeed,the

qualitycontrolofimbalanceonthewheelsetwillbemoreandmorestrict,andthestudy

ofdynamicbalancingtechnologyofwheelsetofhigh-speedtraincanpromotethehigh-

speedandsmoothtravelingofhigh-speedtrain.Wheelsetdynamicbalancingtechnology

isamultidisciplinarytechnologyinvolvingsensortechnology,signalprocessingtheory,

computercontroltechnologyandothercross-disciplinarytechnologies,inwhichthe

unbalancedvibrationsignalprocessingandmasscalibrationalgorithmisthecore

problemofwheelsetdynamicbalancingtest.

Forthedynamicbalancingtestproblemthispapermainlyfromthe