载流轨道电接触表面损伤检测与表征研究

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载流轨道电接触是很多自动设备的重要组成部件,其健康状况会直接影响设备的运行情况以及工业生产效率,轨道表面的损伤情况是影响电接触健康状况的主要因素。在设备运行过程中,导轨表面在电接触的摩擦等作用下往往会先出现极其微小的损伤,随着损伤逐步扩大,引发设备故障。当故障较为严重时,甚至会威胁人身安全。因此及时判别电接触导轨表面是否发生微小损伤以及确定产生损伤的具体情况都显得极其重要。本文以电接触载流轨道为研究对象,重点开展了导轨表面微小损伤在线监测以及微小损伤离线定量分析方法的研究,整体判断导轨的健康状况。针对电接触导轨表面微小损伤难以识别的问题,本文提出了基于导轨振动信号分析的方法。由于导轨振动信号极其微弱,检测损伤难度较大,在总结和分析国内外结构健康监测的基础上,研究了一套导轨振动信号分析系统。首先准确获取导轨表面的振动信号,然后再利用改进的集合经验模式分解(MEEMD)对振动信号进行降噪处理,之后再利用多尺度排列熵(MPE)的方法对去噪后的数据进行分析整理,最后依据MPE数值的变化情况判断导轨是否存在损伤。为了实现对导轨表面微小损伤的定量分析,以离线的方式,研究了基于导轨表面三维点云数据分析的方法。首先,针对导轨表面微小损伤检测精度不高的问题,提出了一种基于弦夹角法和周长法相结合的损伤区域提取方法,获得导轨损伤点云数据。然后,为了能够准确获取损伤区域边界,提出了双向最近点搜索法,从而得到导轨表面损伤形貌。最后,为了定量分析导轨微小损伤,提出了点云分区和行列式面积计算模型法相结合的方法,对导轨损伤参数(损伤体积、质量、面积等)计算,为导轨的健康状况评估提供依据。为验证所提方法的准确性,本文设计了能够模拟真实工作环境的载流轨道电接触试验机和导轨表面的三维信息采集系统,为导轨损伤研究提供可靠依据。实验结果表明,基于振动分析的轨道损伤在线识别方法能够准确地判断导轨是否存在微小损伤;基于点云数据分析的轨道损伤离线测量方法能够准确地提取导轨表面的损伤形貌并计算损伤特征,为载流轨道电接触的表面研究提供可靠参考。
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