最新刊期
      2021 年 第 1 期

        专稿

      • 冯江华
        2021(1): 1-9. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.001
        摘要：牵引电机、联轴节及齿轮等传动机械广泛应用于轨道交通车辆，是高速列车动力链的重要组成部分。这些动力链部件长期工作在复杂恶劣的环境下，在宽速域、大负载工况及轮轨冲击振动等因素影响下容易发生故障，进而影响列车的安全运行与行车秩序。因此及时预警潜在故障对于确保轨道交通车辆的正常运行与行车秩序具有重要的意义。由于基于电信号的诊断技术具有信号易于获取、信号可靠性和准确性高、可实现对象部件的非嵌入式监测等优点，逐渐成为轨道交通故障诊断方向的研究热点。文章阐述了轨道交通车辆动力链关键部件的故障原理，以基于电信号的诊断方法为切入点，对该领域的现有诊断方法与研究成果进行整理与分析，然后基于多特征融合与机器学习理论，提出了一种全新的基于电信号的多变量解析诊断法。该方法首先获取各电信号数据，进行小波降噪，然后通过信号的分解与重构提高信噪比，基于重构信号提取不同的故障特征，最后利用决策树统合各故障特征进行诊断。验证试验与实际应用效果表明，本研究提出的电信号诊断法能够有效检测并识别动力链故障，可以实现早期故障预警，保障高速列车的运行安全。  
        关键词：高速列车;滚动轴承;牵引电机;齿轮;信号处理;机器学习;故障诊断;轨道交通   
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        发布时间：2021-12-09

        材料专栏

      • 王进,杨军,许双喜,颜渊巍,黄安民,张保生
        2021(1): 10-14. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.002
        摘要：综述了我国几种新型高分子材料的研究现状，分析了典型材料的功能特性和技术关键点，介绍了现有技术在轨道交通领域的应用情况，并指出了我国轨道交通高分子材料的研究方向。  
        关键词：轨道交通;高分子材料;聚氨酯;有机硅;尼龙;芳纶;复合材料;高速铁路   
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        发布时间：2021-12-09
      • 黄志辉,夏伟,林柄宏
        2021(1): 15-19. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.003
        摘要：介绍粘接技术的特点以及胶粘剂在轨道交通车辆中车窗玻璃、车身外部、车内部件、车内地板4个方面的应用现状，论述了胶粘剂粘接等级的分类方法和特点，阐述了胶粘剂的选择和基材表面处理等使用方法，分析了粘接后胶粘剂在列车运用中的老化原因，提出了相关标准和测试方法，同时也指出了粘接技术的局限性，最后展望了粘接技术在轨道交通车辆领域的应用前景和产品开发方向，以便使粘接技术更好地促进轨道交通行业的发展。  
        关键词：粘接剂;轨道交通;粘接;表面处理;老化   
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        发布时间：2021-12-09
      • 卜继玲,刘柏兵,吴希
        2021(1): 20-24. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.004
        摘要：针对橡胶弹性元件模具及硫化工艺方案传统设计方法中存在的不足，介绍了一种硫化工艺仿真分析技术及其在硫化三要素、模具注胶系统设计中的应用情况和取得的效果，该方法可有效减少产品试模及修模次数，缩短研发周期，节约研发成本。  
        关键词：橡胶弹性元件;硫化工艺;仿真;轨道交通;有限元分析   
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        发布时间：2021-12-09
      • 高纪明,刘杰,江乾,杨军,张丽敏,王进
        2021(1): 25-28. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.005
        摘要：聚酰亚胺薄膜作为高速列车变频牵引电机重要的绝缘材料被广泛应用于电机绝缘系统。采用一定比例的微米级、亚微米级、纳米级3种粒径的氧化铝级配混合获得了复合填料，并通过原位聚合法制备了面向轨道交通的绝缘聚酰亚胺/氧化铝纳微米复合材料，研究了不同氧化铝颗粒粒径级配和亚胺化终止温度对复合材料性能的影响。结果表明，氧化铝3种颗粒粒径30 nm/0.2 μm/1 μm的级配比为1:2:7时，采用合适的亚胺化终止温度制备的聚酰亚胺复合薄膜具有优良的导热性能，同时还具有良好的力学性能、电气性能与热稳定性等综合性能。  
        关键词：轨道交通;高速列车;聚酰亚胺;氧化铝;复合材料;制备   
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        发布时间：2021-12-09
      • 王永冠,李心,丁行武,卜继玲
        2021(1): 29-33. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.006
        摘要：随着材料科学技术的进步，橡胶配方中的各种材料、工艺和胶粘剂得到了长足发展，金属橡胶粘结强度甚至可以超过橡胶本体强度，这导致机车橡胶堆可尝试采用新型的橡胶自由外型面。以一个典型的机车二系橡胶堆刚度设计为案例，提出了一种利用有限元分析方法进行垂向刚度设计的新方法。在材料参数、结构型式和接口尺寸不变的条件下，仅通过橡胶自由外型面的“外凸”型设计，就显著调整了橡胶堆的垂向刚度性能，初步探讨了这种橡胶堆刚度性能设计的新方法和新思路。  
        关键词：机车橡胶堆;橡胶自由外型面;有限元;刚度性能   
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        发布时间：2021-12-09
      • 刘波,李榆银,李建林,郭俊,王遵,程海涛,彭超义
        2021(1): 34-39. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.007
        摘要：碳纤维增强复合材料具有高比强度、高比刚度和结构可设计性等优点，已成为轻量化工程应用的首选材料。以铝合金电气柜体为原型，设计了碳纤维复合材料电气柜体，进行了静强度计算和模态对比分析，并通过了冲击振动和防护等级试验验证。有限元分析和试验验证结果表明，碳纤维复合材料电气柜体能满足轨道车辆的运行要求，具有良好的轻量化效果，为今后碳纤维增强复合材料在轨道交通电气装备上的应用积累了经验。  
        关键词：碳纤维;复合材料;轻量化;轨道交通;有限元分析   
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      • 樊云杰,张玉祥,谭海明,李智国,罗俊,蒋仲三
        2021(1): 40-46. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.008
        摘要：为了解和掌握一系锥形橡胶弹簧这类轨道车辆关键部件在实际线路运行1个寿命周期（5年或60万km）后的真实变化情况，支撑后续该类部件寿命延长的研究及国产化，以某型轨道车辆用一系锥形橡胶弹簧为研究对象，通过对新造和实际线路运用满1个寿命周期的样品进行测试，获得了其关键性能数据和橡胶材料数据。试验结果显示，经过1个寿命周期运用后该型一系锥形橡胶弹簧外观、粘接性能良好，垂向、横向、纵向刚度均上升，压缩高下降，耐疲劳、耐老化性能下降。最后，根据实际变化情况，给出了研制国产化一系锥形橡胶弹簧的优化建议。  
        关键词：轨道车辆;一系锥形橡胶弹簧;性能变化;橡胶变化;优化建议;寿命延长   
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      • 谭莲影,程志,杨瑞蒙,肖同亮,王雪飞,杨军
        2021(1): 47-52. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.009
        摘要：以三元乙丙橡胶（EPDM）和有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料为基础，复配笼形八乙烯基硅倍半氧烷（POSS）、氢氧化铝（Al(OH)3）、可膨胀石墨（EG）制备多元纳米复合材料，测试了材料的燃烧性能和力学性能。测试结果表明，与纯纳米复合材料（EPDM/OMMT）相比，添加了POSS, EG和Al(OH)3的多元纳米复合材料的成炭效果和燃烧性能均有所提升；但多元纳米复合材料力学强度有所降低。采用多元纳米复合材料（EPDM/OMMT/EG或EPDM/OMMT/Al(OH)3）开发高速列车内外风挡用橡胶材料，其性能可满足风挡的阻燃功能及使用要求，并在强度、低温性能和阻燃性能等方面比国外样品更优，在多种型号的高速列车风挡上实现了工程化应用。  
        关键词：高速列车;三元乙丙橡胶;有机蒙脱土;纳米复合材料;笼形八乙烯基硅倍半氧烷;可膨胀石墨;热释放速率;烟密度   
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        发布时间：2021-12-09
      • 周开磊,蔡吴斌,池茂儒,罗贇
        2021(1): 53-58. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.010
        摘要：利用多体动力学软件建立了直线电机地铁车辆动力学模型，采用Simpack和Simulink联合仿真的方法，考虑实际作用在车辆上的牵引力、制动力和电磁力，以工程实际需要为背景，对比分析了该地铁车辆将铸铁制动盘更换为铝基复合材料制动盘前后，在惰行、牵引、制动工况运行时的电机气隙、电机和轴箱振动以及各项动力学指标。研究结果表明：更换制动盘后对电机和轴箱的振动影响很小；车辆的非线性临界速度略有提高；平稳性和舒适度指标差异很小；更换制动盘前后车辆的轮轴横向力和脱轨系数差异很小；由于更换后的铝基复合材料制动盘质量小，减小了簧下质量，因此轮轨垂向力和轮重减载率有所改善。  
        关键词：直线电机;地铁车辆;城市轨道交通;电磁力;铝基复合材料;制动盘;动力学性能   
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        发布时间：2021-12-09
      • 刘小芳,姚丁杨,张元,金希红,卜继玲,王进,彭超义
        2021(1): 59-62. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.011
        摘要：基于轨道车辆车体夹芯复合材料应用，通过对泡沫芯材基本力学性能和防火性能研究，开展车体夹芯结构芯材选型。研究表明，采用PMI泡沫/铝蒙皮夹芯结构车体部件组装成整车车体后，相比铝合金车体减重24%~28%；与纤维树脂蒙皮夹芯复合材料相比，铝蒙皮夹芯结构复合材料车体在成本、效率、安全性、成熟度等方面有较大优势。  
        关键词：轨道车辆;夹芯结构;泡沫芯材;复合材料;车体   
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        发布时间：2021-12-09
      • 张志龙,肖合婷,周伟
        2021(1): 63-68. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.012
        摘要：Q355GNHD高耐候钢是先进轨道车辆车身的常用材料，其动态条件下的塑性本构模型对车身结构受力数值仿真至关重要。文章采用MTS 647 Hydraulic Wedge Grip和AutoCAE (HRST-I) 高速试验机对Q355GNHD高耐候钢开展准静态、动态拉伸力学性能试验，获取了该型材料在0.001~500 s-1应变率下的应力应变曲线；通过对该高耐候钢在应变率效应下受载变形规律的分析，确定了应变率加载效应；构建了应变率相关的Johnson-Cook硬化模型，确定了本构表征参数；最后运用ABAQUS平台，验证了模型的正确性。  
        关键词：高耐候钢;高速列车;动态效应;应变率效应;本构模型;有限元分析;仿真   
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        发布时间：2021-12-09
      • 伍保华,胡伟辉,王金辉,吴丁汀
        2021(1): 69-74. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.013
        摘要：分析了橡胶联轴器的结构，提出了橡胶联轴器位移补偿性能和刚度的计算方法；根据车辆运行工况，确定了联轴器强度和橡胶疲劳计算的载荷条件。通过有限元分析计算和试验验证了该橡胶联轴器具备良好的位移补偿性能和较高的可靠性，可满足低地板车的装车和运行要求。  
        关键词：低地板车;橡胶联轴器;空心连接轴;疲劳试验;位移补偿性能;有限元分析   
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        发布时间：2021-12-09

        铁道机车车辆

      • 冯守智,王禹,李智泽,杨慧强
        2021(1): 75-80. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.014
        摘要：在我国铁路货车重载提速的背景下，采用电空制动、智能电子监测及运行安全在线监测的需求日益突显。但是受我国铁路货车运用维护体制制约，既有车辆均未安装供电装置，致使电子设备无法应用。因此提出一种安装于车轴端部的轴端发电机技术解决方案，但由于车轴端部冲击振动大、发电机体积限定要求高、发电机轻量化要求高、外部环境恶劣、温升要求苛刻、可靠性要求高等难点，严重制约了轴端发电机的应用。文章针对以上轴端发电机开发中的难点，通过电磁-热-结构多物理场仿真，定转子高防护等级结构设计，研制了一款轴端发电机，并完成了样机试制。通过轴端发电机试验平台的搭建，完成了样机型式试验及滚动台试验，试验结果满足要求。  
        关键词：铁路货车;轴端发电机;多物理场仿真;防护等级;在线监测;运行安全   
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        发布时间：2021-12-09
      • 张志鸿,李廉枫,徐华
        2021(1): 81-85. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.015
        摘要：为了探究轨道工程车动力电池温升特性，对电池在充放电倍率为0.5C和 1.0C时实测的生热功率数据进行二次函数拟合，得到了动力电池在不同荷电状态和充放电倍率时的生热功率。根据电池包传热特性和电池生热功率，对动力电池温度进行了计算。研究表明，在环境温度40 ℃条件下完成所选严苛线路的牵引时，电池温度为45 ℃；磷酸铁锂动力电池通过自然冷却能够满足轨道工程车低倍率放电、短时间运行和长时间停留使用的冷却需求。  
        关键词：轨道工程车;锂离子动力电池;城市轨道交通;生热功率;传热特性;温升   
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        发布时间：2021-12-09
      • 井宇航,黄见会,司尚卓,周利
        2021(1): 86-90. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.016
        摘要：为了解决全自动无人驾驶地铁车辆中无法实现空气断路器的人工复位问题，针对全自动无人驾驶系统的特点，提出了空气断路器矩阵监控方案与空开远程复位方案。该方案在上海18号线无人驾驶地铁车辆上进行实际应用并取得良好的效果。  
        关键词：城市轨道交通;全自动无人驾驶;地铁;空气断路器;远程监控;远程复位   
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        发布时间：2021-12-09

        电力牵引与控制

      • 沈迪,王青元,夏菲,刘成,郑斌,柴杨
        2021(1): 91-97. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.017
        摘要：当牵引供电网发生故障，高速列车应急自走行系统受车载储能装置容量限制，特别是在线路条件复杂时，如何操纵列车实现就近停车变得异常困难。为了解决高速列车应急自走行系统的速度曲线规划问题，进行了应急自走行辅助驾驶装置的功能设计和系统结构设计。根据列车应急运行的特点，设计了应急自走行优化算法。以CR400BF复兴号动车组列车运行于国内某高速铁路线路为例进行仿真，仿真结果表明，该装置可在能量受限的情况下规划列车自走行的运行速度曲线，与司机巡航驾驶相比实现了良好的节能性；同时，基于节能优化操纵策略，采用不同的牵引目标恒速速度进行仿真，仿真结果表明，根据线路条件选择合适的牵引目标恒速速度，对于车载储能装置容量受限的高速列车应急自走行驾驶具有重要的指导意义。  
        关键词：高速列车;应急自走行;辅助驾驶;速度曲线优化;仿真;动车组   
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      • 蔡志伟,贾峰,李哲,杨守君,张律
        2021(1): 98-103. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.018
        摘要：简要介绍CR200J-3型动力集中动车组编组形式和列车网络控制系统拓扑结构的基础上，分析了CR200J-3型动力集中动车组在特定区段WTB通信异常问题及其形成原因，并提出了优化方案。实际应用表明，优化后该型动车WTB通信抗干扰性明显提高，降低了故障率，为保障列车的可靠运行提供重要支撑。  
        关键词：动车组;WTB;列车通信网;网关;通信异常;抗干扰;故障诊断   
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      • 冯海波,胡继胜
        2021(1): 104-109. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.019
        摘要：针对内燃机车牵引发电系统中异步发电机稳态工作时电机功率因数和效率低的问题，采用无功功率为零和最大转矩电流比控制方法，分析了异步电机旋转坐标系下电磁关系，分别完成无功功率为零和最大转矩电流比（MTPA）控制的方程解析式的解读；在中间直流环节限制下，分析异步发电机的弱磁曲线，寻找最小电流工作点，完成电流轨迹规划；在保证牵引发电系统稳定运行的前提下，提高电机与逆变器的工作效率，并利用Simulink仿真软件对系统进行分析。  
        关键词：内燃机车;异步电动机;单位功率因数;MTPA;弱磁控制;仿真   
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      • 谭松星,崔玉龙
        2021(1): 110-114. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.020
        摘要：列车发生故障时，车载设备数据记录与无线传输装置(DRWTD）接收到相应故障数据，通过无线信号实时发送给预测与健康管理（PHM）地面系统。由于DRWTD在发送周期以及通过无线传输时可能会因信号不良原因与PHM地面系统通信中断，导致PHM地面系统接收到的故障数据与原始数据出现偏差。为此，文章提出一种对故障数据进行筛选的处理模型，并且采用MapReduce并行计算，设计了基于MapReduce的CRH2型动车组网络控制系统PHM地面系统故障筛选工具软件，实现了PHM故障数据筛选的目的。  
        关键词：动车组;网络控制系统;故障;大数据;PHM;高速列车   
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        发布时间：2021-12-09

        大功率器件

      • 刘永江,张晓,林珍君,李华,李聪炟,王玉斌
        2021(1): 115-120. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.021
        摘要：为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求，结合三电平功率模块主电路结构特点，完成了三电平功率模块关键技术（IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计）的攻关，研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明，该三电平IGBT模块性能良好，满足CRH380A高速动车组使用。  
        关键词：高速动车组;IGBT;叠层母排;三电平;IGBT驱动;散热设计   
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        发布时间：2021-12-09
      • 高永军,王力,张瑞峰
        2021(1): 121-125. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.022
        摘要：如果牵引网电压持续低频率大幅度振荡，会影响机车或动车牵引系统网压的保护，导致变流器牵引封锁，影响列车正常运行。针对近年来我国多地发生牵引网电压的低频振荡现象，通过阻抗比判据和Bode图分析车网振荡主要影响因素，再根据计算机仿真验证车网振荡的影响因素，在不增加任何硬件电路的前提下，提出通过优化控制参数来抑制车网低频振荡的方法。通过半实物仿真研究，验证了该方法的可行性。  
        关键词：牵引网电压;四象限脉冲整流器;低频振荡;阻抗比;稳定性分析;半实物仿真;优化控制参数   
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        发布时间：2021-12-09
      • 吴智勇,王雄,黄南,宋郭蒙,王洪峰,陈明翊,邹杰
        2021(1): 126-132. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.023
        摘要：针对传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时存在过热风险较高的现状，提出了一种可有效解决这一问题的新型热管散热器。基于均温技术，应用数值仿真和试验测试的研究方法，采用“L型”热管和均温管在原有直管热管散热器基础上进行优化，并在某地铁线上进行现场试验验证。试验结果表明，采用了“L型热管+均温管”的散热器成功解决了传统地铁走行风冷直管热管散热器在地铁低速运行时过热问题，可适应各种工况，在确保安全稳定运行的同时，减重增效非常显著。  
        关键词：地铁;热管散热器;均温性;数值仿真;IGBT;温升;城市轨道交通   
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        发布时间：2021-12-09

        智能化技术

      • 张向阳,罗江平
        2021(1): 133-137. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.024
        摘要：大型钢轨探伤车普遍采用超声波检测钢轨内部疲劳伤损，但国内已有的超声波系统架构平台在复杂线路区间探伤检测运用时存在数据拥塞和计算机死机现象而导致区段漏检，并且伤损的识别主要依靠人工全程回放。为提高信号处理速度和伤损识别能力，降低人工回放的工作量，进行了基于新型总线的超声波探伤系统和基于卷积神经网络深度学习的伤损智能识别技术研究；为提高钢轨表面和近表面的伤损检出能力，开展了钢轨表面图像检测技术研究；为实现各检测系统数据同步采集和同步回放，综合判定钢轨健康状况，设计了空间同步定位系统。经验证和对比，在平均伤损误报率基本相当的前提下，采用了深度学习算法的系统的平均人工伤损检出率比既有系统提高了4%以上；各系统之间同步误差在1 m以内，伤损实际复核的定位精度在3 m以内。  
        关键词：超声波;智能识别;图像检测;空间同步定位   
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        发布时间：2021-12-09
      • 王慧珍,王立德,杨岳毅,申萍
        2021(1): 138-144. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.025
        摘要：多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）已经广泛应用于轨道交通车辆，而恶劣的工作环境易造成MVB网络通信性能退化，严重时危及行车安全。在对MVB网络常见故障进行分析的基础上，从MVB物理层和数据链路层中提取网络状态特征，提出了一种基于异质Logistic集成学习的MVB网络异常检测方法，及时检测MVB网络异常，最大限度地避免故障修。通过搭建MVB网络试验平台，进行多组故障注入试验，试验结果验证了方法的有效性。  
        关键词：MVB网络;集成学习;异常检测;Logistic集成   
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        发布时间：2021-12-09
      • 张琛,方涛,闫开琦
        2021(1): 145-150. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.026
        摘要：针对高速列车轴承转子系统微弱故障特征提取难的问题，提出了一种基于EEMD能量熵-LPP的高速列车转子系统故障特征提取方法。该方法结合EEMD、能量熵和LPP，首先对振动信号进行EEMD自适应分解，计算高频IMF分量的能量熵获得高维特征向量集完成初步特征提取；然后通过LPP算法将高维特征向量集投影到低维空间对特征进一步提取形成低维样本集，在保留故障特征的局部几何结构信息的同时降低特征数据的复杂度，提高故障模式识别的分类性能；最后将低维样本集输入到KNN分类器中进行故障识别。通过比较初次提取特征和再次提取特征，结果表明该模型具有优越的聚类性能，可准确地识别几种常见的高速列车转子系统故障类型。  
        关键词：高速列车;特征提取;EEMD;能量熵;LPP;故障诊断   
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        发布时间：2021-12-09

        可靠性工程

      • 申竹林,代飞
        2021(1): 151-157. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.01.027
        摘要：轨道交通安全计算机是保障轨道交通安全、可靠运营的核心技术装备。文章描述了轨道交通常用安全计算机架构，通过可靠性分析对其关键可靠性指标进行计算。在常用冗余架构的基础上提出一种改进的安全计算机架构，通过与目前常用架构的对比，改进的安全计算机架构可以大幅提升系统可靠性，可广泛应用于轨道交通安全性、可靠性苛求的系统/产品。同时文章描述的可靠性分析方法及结果可为其他安全计算机可靠性分析提供参考。  
        关键词：安全计算机;冗余;故障树;马尔可夫;转移矩阵;可靠度;失效率   
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        发布时间：2021-12-09
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