Page 102 - 《振动工程学报》2025年第8期

1742 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

的振动加速度数据的幅值通常变化较大，因此选取 1. 3. 3 波 长
有效值作为特征指标，计算公式如下： 波长表示波在一个完整的振动周期内传播的距
1 N 离大小，其计算公式为：
X rms = ∑ x i 2 （3）
N u
i = 1
λ = （5）
式中，N 表示有效值窗长。 f
利用前文对加速度原始信号 x ( t ) 进行广义解 式中， u 为波速； f 为振动频率。
调时频处理的方法，分解得到了若干分量信号，对应 波速数据的计算来源为车辆振动响应数据中的
计算其各自的有效值 X rms1，X rms2，…，X rmsn，并通过计 速 度 数 据 ，例 如 K972+162~K972+172 区 段 列 车
算各分量信号的能量与原信号能量的比例，筛选得 行驶速度为 163 km/h，即 45.3 m/s。通过观察主要
到能量占比较大的分量，即为能够体现扣件失效信 分量信号的边际谱，发现其实际频率结果如图 7 所
息的主要分量，例如：K972+162~K972+172 区段 示，能量集中在 693.9 Hz 处。
主要分量有效值为 1.329。
按上述方法，计算并归纳大量扣件状态正常和
失效区段案例的加速度信号主要分量，剔除模糊区
间后总结得到该诊断标准划分如表 1 所示。

表 1 不同工作状态扣件的有效值
Tab. 1 Effective values of fasteners under different
working conditions
扣件状态 有效值
正常 0.2~0.5
图 7 主要分量信号的边际谱
失效 1~10
Fig. 7 Marginal spectrum of main component signal
1. 3. 2 能量贡献率
因 此 ，本 文 选 用 的 K972+162~K972+172 扣
当扣件失效时，信号的能量分布会随信号中频
件失效区段的波长计算为：45.3/693.9=0.065 m，由
率信息分布的变化而产生变化 ［17］ 。为了验证此变
于扣件放置于轨枕上，而轨枕间距为 0.065 m，因此扣
化，在通过广义解调方法将每段案例区段分解为若
件振动波长与轨枕间距对应，形成周期性波长，所以
干子信号的基础上，计算试验区段各子信号的能量
扣件波长的失效值设定为定值 0.065 m。此外，为排
分布，量化不同频段信号能量在全频段信号总能量
除计算结果是由于线路不平顺造成的，考虑到扣件
中 的 比 例 ，即 能 量 贡 献 率 。 能 量 贡 献 率 的 计 算 公
失效区段波长为 0.065 m，属于短波不平顺；而通常
式为：
利用轨道几何检测测量的线路不平顺在 2 m 以上，
2
X rmsi
H = （4） 属于中长波不平顺，在上一节使用的时频分析方法，
2
X rmsT
已利用 1 m 以下的高通滤波去除线路中长波不平顺
式中， X rmsi 为第 i 个子信号的有效值； X rmsT 为原始信
的影响。
号 x ( t )的有效值。
按上述方法计算大量扣件状态正常和失效区段
例 如 ：K972+162~K972+172 区 段 能 量 贡 献
案例的波长，经去除模糊区间后发现扣件失效区段
率为：
的波长为定值，具体结果如表 3 所示。
1.329 2
H = = 0.0520。
5.831 2
表 3 不同工作状态扣件的波长值
按上述方法，计算并归纳大量扣件状态正常和
Tab. 3 Wavelength values of fasteners under different
失效区段案例的加速度信号，得到主要分量的能量 working conditions
贡献率的数值，排除模糊区后结果如表 2 所示。
扣件状态 波长/mm
表 2 不同工作状态扣件的能量贡献率 正常 ≠65
Tab. 2 Energy contribution rate of fasteners under 失效 65
different working conditions

扣件状态 能量贡献率 综上，区段中扣件状态不同，其加速度信号有效
正常 0~0.03 值、能量贡献率和波长就不同，通过特征指标进行非
失效 0.05~10 线性组合诊断扣件的工作状态。后续对特征的分类