陳科林，宋明龍，邢子龍

（1.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 機(jī)務(wù)部，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 蘭州西機(jī)務(wù)段，甘肅 蘭州 730000；3.北京諦聲科技有限責(zé)任公司，北京 100089）

1 概述

安裝于電力機(jī)車(chē)機(jī)械間內(nèi)不同用途的通風(fēng)系統(tǒng)是機(jī)車(chē)安全運(yùn)行的重要保障。通風(fēng)系統(tǒng)主要功能是為電力機(jī)車(chē)牽引電機(jī)、牽引變壓器、主變流器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械或電氣設(shè)備提供強(qiáng)迫冷卻功能，防止主要機(jī)械、電氣設(shè)備溫度過(guò)高，確保電力機(jī)車(chē)運(yùn)行安全［1］。HXD2型機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)主要包括牽引電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)、牽引變壓器冷卻器與主變流器通風(fēng)系統(tǒng)（冷卻塔通風(fēng)）、輔助變流器柜通風(fēng)系統(tǒng)等，其中牽引電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)包含4臺(tái)牽引通風(fēng)機(jī)組，每臺(tái)牽引通風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)給1臺(tái)牽引電機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，每臺(tái)冷卻塔通風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)給1臺(tái)牽引變壓器和2臺(tái)主變流器強(qiáng)迫風(fēng)冷［2］。

冷卻風(fēng)機(jī)常見(jiàn)異常故障可分為2類(lèi)［3-6］：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件故障，主要異常故障有軸承進(jìn)水、軸承潤(rùn)滑不當(dāng)（軸承油脂壽命短、高溫）、軸承滾道滾珠剝離、機(jī)械結(jié)構(gòu)共振或諧振、風(fēng)機(jī)組裝工藝不達(dá)標(biāo)、風(fēng)機(jī)葉片動(dòng)平衡不良等；（2）電氣零部件故障，主要異常故障有接線柱接線燒損、電機(jī)電纜絕緣破壞、電機(jī)缺相、繞組接地異常等。冷卻風(fēng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件故障可導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)變大，使冷卻風(fēng)機(jī)發(fā)出異響，影響冷卻風(fēng)機(jī)工作效率，使得牽引電機(jī)、牽引變壓器等冷卻效果變差，檢修不及時(shí)甚至?xí)l(fā)生機(jī)殼與葉輪摩擦或碰撞（風(fēng)機(jī)掃膛）的嚴(yán)重事故，致使冷卻風(fēng)機(jī)直接報(bào)廢。冷卻風(fēng)機(jī)的異常振動(dòng)也會(huì)傳導(dǎo)至與其直接相連或臨近部件，對(duì)其他部件造成附帶損傷。

目前HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間內(nèi)各冷卻風(fēng)機(jī)還是通過(guò)人工判斷是否存在異響及振動(dòng)是否超標(biāo)，或當(dāng)機(jī)車(chē)走行達(dá)50萬(wàn)km以上開(kāi)展C4修時(shí)對(duì)機(jī)車(chē)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行檢修［7］，未對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行全生命周期管理。舒苗淼等［5，8-9］對(duì)和諧型機(jī)車(chē)?yán)鋮s風(fēng)機(jī)進(jìn)行溫度、振動(dòng)分析研究；林翔等［9］指出牽引風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)與材料質(zhì)量、檢修質(zhì)量、運(yùn)行環(huán)境、安裝質(zhì)量等存在關(guān)系，并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。于欣杰等［10-12］介紹利用振動(dòng)分析其他類(lèi)型車(chē)輛冷卻風(fēng)機(jī)故障，分析冷卻風(fēng)機(jī)積灰異常振動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振引起的異常振動(dòng)等。

聲紋識(shí)別即說(shuō)話人識(shí)別（Speaker Recognition），是對(duì)人說(shuō)話發(fā)出的聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行特征提取與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)說(shuō)話人的區(qū)分。學(xué)者、工程師將聲紋識(shí)別這一概念引入故障診斷研究中，即利用聲學(xué)信號(hào)特征分析被監(jiān)測(cè)對(duì)象，將聲學(xué)處理算法引入故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)中?；诼晫W(xué)信號(hào)故障診斷的滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（TADS）在軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用［13-14］。王孝君［15］將聲學(xué)診斷技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)車(chē)組風(fēng)機(jī)故障診斷中，通過(guò)分析對(duì)比正常與故障風(fēng)機(jī)的聲學(xué)頻譜特征實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷功能，所述聲學(xué)信號(hào)采集系統(tǒng)類(lèi)似于TADS，均由布置于軌邊的麥克風(fēng)陣列采集聲學(xué)信號(hào)，但系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)載及對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)全生命周期管理。振動(dòng)分析在列車(chē)走行部狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用相對(duì)成熟［14］，安裝形式是在被測(cè)部件外殼打螺紋孔安裝，利用聲學(xué)設(shè)備采集聲學(xué)信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式監(jiān)測(cè)，無(wú)需改動(dòng)被監(jiān)測(cè)部件，布置相對(duì)簡(jiǎn)便。

提出利用車(chē)載聲學(xué)采集設(shè)備對(duì)機(jī)車(chē)?yán)鋮s風(fēng)機(jī)聲學(xué)信號(hào)及機(jī)械間其他聲事件信號(hào)進(jìn)行采集、標(biāo)注，驗(yàn)證利用聲學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)?yán)鋮s風(fēng)機(jī)全生命周期管理的可行性。機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)機(jī)械間內(nèi)聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜，如果使用聲學(xué)采集設(shè)備對(duì)機(jī)械間內(nèi)聲信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間采集，除冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)聲信號(hào)外，還會(huì)采集到機(jī)車(chē)正常行駛過(guò)程中產(chǎn)生的其他瞬時(shí)聲學(xué)信號(hào)（聲事件），如風(fēng)笛、減速排氣、柜閘跳動(dòng)信號(hào)等，對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生較大影響，必須對(duì)非冷卻風(fēng)機(jī)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)注與分離。試驗(yàn)采集HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間內(nèi)機(jī)車(chē)運(yùn)行典型工況的可聽(tīng)聲信號(hào)，分析含有牽引風(fēng)機(jī)聲信號(hào)在內(nèi)的典型聲信號(hào)和聲事件信號(hào)類(lèi)型，并標(biāo)注出不同類(lèi)型聲事件。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及主要聲學(xué)信號(hào)提取

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)3臺(tái)專(zhuān)業(yè)錄音設(shè)備進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)采集（具體配置見(jiàn)表1），并保存為無(wú)損線性PCM信號(hào)進(jìn)行分析。PCM-A10錄音設(shè)備頻率特性：LPCM 48 kHz/24 bit、16 bit：40～21 000 Hz（0～-3 dB）；PCM-D100錄音設(shè)備頻率特性：LPCM 48 kHz/24 bit、16 bit：20～22 000 Hz（0～-2 dB），2種型號(hào)錄音設(shè)備頻率特性指標(biāo)均滿足試驗(yàn)測(cè)試要求。

表1 設(shè)備信息與采集配置

HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間聲學(xué)數(shù)據(jù)采集位點(diǎn)布設(shè)示意見(jiàn)圖1。在機(jī)械間內(nèi)布設(shè)3個(gè)數(shù)據(jù)采集位點(diǎn)，分別監(jiān)控2種冷卻風(fēng)機(jī)和其他聲學(xué)信號(hào)。為消除設(shè)備間可能存在的差異性，3臺(tái)設(shè)備交換位置依次在3個(gè)采集位點(diǎn)進(jìn)行采集。試驗(yàn)在2021年7月12日蘭州北—天水行車(chē)區(qū)間內(nèi)進(jìn)行。列車(chē)啟動(dòng)運(yùn)行待速度穩(wěn)定后測(cè)試人員進(jìn)入機(jī)械間安放測(cè)試設(shè)備開(kāi)始采集聲學(xué)數(shù)據(jù)，隨后每隔約90 min擇機(jī)進(jìn)入機(jī)械間更換設(shè)備位點(diǎn)。設(shè)備布設(shè)位點(diǎn)與采集時(shí)間見(jiàn)表2。采集位點(diǎn)1和位點(diǎn)3監(jiān)控冷卻風(fēng)機(jī)，采集位點(diǎn)2主要采集機(jī)械間內(nèi)其他聲學(xué)信號(hào)。

表2 設(shè)備布放位點(diǎn)與采集時(shí)間

圖1 HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間聲學(xué)數(shù)據(jù)采集位點(diǎn)布設(shè)示意圖

2.2 主要聲學(xué)信號(hào)提取

聲學(xué)信號(hào)采集后經(jīng)人工核驗(yàn)，HXD2型機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)機(jī)械間主要聲學(xué)信號(hào)包含7類(lèi)（見(jiàn)表3）。其中，電笛/風(fēng)笛、柜閘跳動(dòng)、減速排氣、輪軌滑動(dòng)摩擦、自動(dòng)噴砂對(duì)應(yīng)繼電器信號(hào)等為短時(shí)平穩(wěn)或瞬態(tài)信號(hào)，即聲事件信號(hào)，可對(duì)其進(jìn)行時(shí)段標(biāo)記。風(fēng)機(jī)信號(hào)和電子設(shè)備柜高頻電噪信號(hào)為穩(wěn)態(tài)信號(hào)，其中電子設(shè)備柜高頻電噪頻域較高且為50 Hz的倍頻，可與風(fēng)機(jī)信號(hào)實(shí)現(xiàn)較明顯分離。列車(chē)停止和啟動(dòng)、行駛中的分合閘為典型聲事件，會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，主要表現(xiàn)為幾類(lèi)聲信號(hào)的組合發(fā)生或消失。

表3 機(jī)械間內(nèi)典型聲學(xué)信號(hào)分類(lèi)

機(jī)械間內(nèi)的主要7類(lèi)聲學(xué)信號(hào)中只有風(fēng)機(jī)信號(hào)與電子設(shè)備柜高頻電噪為平穩(wěn)聲學(xué)信號(hào)，其余為短時(shí)平穩(wěn)信號(hào)或瞬態(tài)信號(hào)，聲學(xué)信號(hào)的時(shí)頻域分析可有效分析穩(wěn)態(tài)信號(hào)與非穩(wěn)態(tài)信號(hào)，已有相關(guān)研究將時(shí)頻分析算法應(yīng)用到不同型號(hào)列車(chē)異音、振動(dòng)故障檢測(cè)中［14-18］。短時(shí)傅里葉變換（Sort-time Fourier Transform，STFT）是一維時(shí)域信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域分析算法的一種，通過(guò)在一維時(shí)域信號(hào)上加窗、截?cái)?、滑?dòng)獲得短時(shí)局部頻譜，進(jìn)而計(jì)算在時(shí)間-頻域上的能量［14，17］。使用STFT對(duì)全頻帶原始聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行典型聲信號(hào)分析，并標(biāo)注出典型聲信號(hào)在時(shí)頻圖中的位置，使用Adobe Audition專(zhuān)業(yè)聲學(xué)軟件與MATLAB聯(lián)合分析采集的聲學(xué)信號(hào)。

3 典型聲信號(hào)分析

3.1 風(fēng)機(jī)信號(hào)

HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間內(nèi)主要包含牽引電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)和復(fù)合冷卻塔冷卻風(fēng)機(jī)2種風(fēng)機(jī)：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與葉片通過(guò)頻率見(jiàn)表4。

表4 HXD2型機(jī)車(chē)2種風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與葉片通過(guò)頻率

無(wú)故障時(shí)2種風(fēng)機(jī)時(shí)頻圖信號(hào)相似，因此選取復(fù)合冷卻塔冷卻風(fēng)機(jī)的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析。機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)無(wú)故障的風(fēng)機(jī)信號(hào)呈穩(wěn)態(tài)分布，包含2類(lèi)典型信號(hào)：與葉片轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的線譜信號(hào)和由風(fēng)引起空氣湍流產(chǎn)生的寬帶高斯性信號(hào)。實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)信號(hào)的短時(shí)傅里葉變換時(shí)頻圖見(jiàn)圖2，中低頻段可看到有穩(wěn)定的線譜，頻率成分較豐富。

圖2 風(fēng)機(jī)聲信號(hào)STFT時(shí)頻圖

測(cè)試所用冷卻風(fēng)機(jī)為正常運(yùn)行風(fēng)機(jī)，并未對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行破壞性操作，時(shí)頻圖中較明顯的信號(hào)為風(fēng)機(jī)葉片通過(guò)頻率。機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件故障可利用聲學(xué)、溫度、振動(dòng)等手段進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，可監(jiān)測(cè)的零部件有冷卻風(fēng)機(jī)葉片、轉(zhuǎn)軸、軸承、螺栓連接、冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承等。風(fēng)機(jī)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)，時(shí)頻圖會(huì)觀察到葉片通過(guò)頻率（fp=f·N）及其倍頻（即fp，2fp，3fp，…，Mfp），其中M為正整數(shù)、f為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻、N為葉片數(shù)量。當(dāng)葉片異常時(shí)（如葉片積灰、葉片變形或歪斜），葉片通過(guò)頻率的倍頻會(huì)表現(xiàn)得更明顯。進(jìn)行頻域或時(shí)頻域分析時(shí)，按行業(yè)慣例控制頻率選取范圍的M值應(yīng)大于等于3。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸或風(fēng)機(jī)螺栓連接出問(wèn)題時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)頻f在時(shí)頻圖中較為突出，有時(shí)會(huì)伴有轉(zhuǎn)頻f的倍頻（即2f，3f，…，Mf），當(dāng)時(shí)頻圖中轉(zhuǎn)頻f倍頻的能量高于基頻時(shí)應(yīng)引起重視。當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)軸承或冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承異常時(shí)，時(shí)頻圖會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)軸承特征頻率［14］。

式中：Z為滾動(dòng)體數(shù)量；n為轉(zhuǎn)速；d為滾動(dòng)體直徑；D為滾動(dòng)體中心處直徑；φ為軸承徑向方向接觸角。

通過(guò)MATLAB軟件分析冷卻風(fēng)機(jī)聲學(xué)信號(hào)的頻譜圖及高頻包絡(luò)譜圖（見(jiàn)圖3），最大頻率顯示范圍設(shè)置在2 000 Hz＞3fp。可以看出，2種風(fēng)機(jī)葉片的實(shí)測(cè)通過(guò)頻率：444.1 Hz接近復(fù)合冷卻塔冷卻風(fēng)機(jī)葉片通過(guò)頻率，實(shí)測(cè)頻率與理論頻率誤差為1.00%；591.0 Hz接近牽引電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)葉片通過(guò)頻率，實(shí)測(cè)頻率與理論頻率誤差為0.85%。此外，譜圖中也可看到2種風(fēng)機(jī)葉片通過(guò)頻率的2、3倍頻。

圖3 冷卻風(fēng)機(jī)聲學(xué)信號(hào)的頻譜圖及高頻包絡(luò)譜圖

3.2 電笛/風(fēng)笛聲事件信號(hào)

機(jī)車(chē)運(yùn)行的電笛/風(fēng)笛聲事件信號(hào)為典型線譜信號(hào)（見(jiàn)圖4紅色框內(nèi)）。風(fēng)笛信號(hào)是列車(chē)機(jī)械間可采集到的最常見(jiàn)的短時(shí)聲事件信號(hào)之一，同一機(jī)車(chē)其發(fā)聲頻率一般固定。根據(jù)HXD2 6194B機(jī)車(chē)（試驗(yàn)機(jī)車(chē)）采集的信號(hào)，該機(jī)車(chē)風(fēng)笛信號(hào)對(duì)應(yīng)基頻為474.6 Hz，在STFT時(shí)頻圖上可觀察到明顯基倍頻（等間隔）信息，且持續(xù)時(shí)間較短。風(fēng)笛信號(hào)一般由機(jī)車(chē)司機(jī)手動(dòng)發(fā)出，時(shí)長(zhǎng)為1～2 s。

圖4 機(jī)車(chē)風(fēng)笛聲事件信號(hào)STFT時(shí)頻圖

3.3 減速排氣聲事件信號(hào)

機(jī)車(chē)制動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行排氣，對(duì)應(yīng)的聲事件信號(hào)為典型寬帶時(shí)域信號(hào)（見(jiàn)圖5）。時(shí)域波形顯示減速排氣信號(hào)在較短時(shí)間內(nèi)聲壓達(dá)到最大值，隨后聲壓有較長(zhǎng)時(shí)間的衰減，減速排氣聲事件信號(hào)持續(xù)時(shí)間一般為20～40 s；減速排氣聲事件的空氣湍流引發(fā)的聲信號(hào)為寬帶高斯信號(hào)，由STFT時(shí)頻圖可以看出，其頻率分布范圍廣，信號(hào)強(qiáng)度較高。

圖5 減速排氣聲事件信號(hào)

3.4 柜閘跳動(dòng)聲事件信號(hào)

機(jī)械間電力相關(guān)閘門(mén)開(kāi)合是除風(fēng)笛聲外另一類(lèi)發(fā)生頻率較高的短時(shí)聲學(xué)信號(hào)，其STFT時(shí)頻圖見(jiàn)圖6，該信號(hào)為短時(shí)沖擊性信號(hào)，時(shí)頻譜表征為全頻帶能量沖擊，持續(xù)時(shí)間較短（0.2～0.3 s），較易識(shí)別。此外，機(jī)車(chē)運(yùn)行期間發(fā)生分閘、合閘時(shí)，常伴有柜閘跳動(dòng)聲信號(hào)，非分合閘時(shí)也會(huì)有柜閘跳動(dòng)事件發(fā)生。

圖6 柜閘跳動(dòng)聲事件信號(hào)STFT時(shí)頻圖

3.5 輪軌滑動(dòng)摩擦聲事件信號(hào)

列車(chē)運(yùn)行至上坡、轉(zhuǎn)彎時(shí)輪軌間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，會(huì)產(chǎn)生較純粹的中高頻4 500 Hz左右的線譜信號(hào)（見(jiàn)圖7紅色框內(nèi)）。聲事件信號(hào)持續(xù)時(shí)間與發(fā)生滑動(dòng)摩擦?xí)r間相同，一般持續(xù)時(shí)間有限。

圖7 輪軌滑動(dòng)摩擦聲事件信號(hào)STFT時(shí)頻圖

3.6 自動(dòng)噴砂對(duì)應(yīng)繼電器聲事件信號(hào)

數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)在約13 kHz附近每隔90 s左右會(huì)產(chǎn)生1個(gè)持續(xù)時(shí)間1.5 s左右的短時(shí)信號(hào)（見(jiàn)圖8紅色框內(nèi)）。經(jīng)人工校驗(yàn)分析，該信號(hào)為自動(dòng)噴砂對(duì)應(yīng)繼電器吸合信號(hào)，與冷卻風(fēng)機(jī)信號(hào)相比，該信號(hào)頻率較高、特征明顯。

圖8 自動(dòng)噴砂對(duì)應(yīng)繼電器聲事件信號(hào)STFT時(shí)頻圖

3.7 電子設(shè)備柜高頻電噪信號(hào)

機(jī)車(chē)機(jī)械間電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)出以50 Hz為基頻的電噪聲，在高頻區(qū)間內(nèi)信號(hào)較為明顯。HXD2 6194B機(jī)車(chē)（試驗(yàn)機(jī)車(chē)）機(jī)械間電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，在20 kHz存在較強(qiáng)的電流噪聲，STFT時(shí)頻圖存在1條相較上下頻率明顯的線譜（見(jiàn)圖9（a）），功率譜圖在20 kHz存在較明顯峰值（見(jiàn)圖9（b））。

圖9 電子設(shè)備柜高頻電噪信號(hào)

4 行駛事件對(duì)應(yīng)聲學(xué)信號(hào)變化

4.1 會(huì)車(chē)

根據(jù)記錄分析，發(fā)生會(huì)車(chē)時(shí)，雙方機(jī)車(chē)會(huì)鳴笛示意，除此之外不會(huì)對(duì)機(jī)械間內(nèi)其他聲信號(hào)產(chǎn)生影響。

4.2 啟動(dòng)和停車(chē)

機(jī)車(chē)停車(chē)前，一般有較明顯的排氣制動(dòng)信號(hào)（見(jiàn)圖10左側(cè)紅色框內(nèi)）；機(jī)車(chē)停車(chē)后，在不斷電的狀態(tài)下，一般機(jī)械間部分風(fēng)機(jī)仍處于運(yùn)行狀態(tài)（圖10黃色框內(nèi)為停車(chē)區(qū)間）。機(jī)車(chē)啟動(dòng)前會(huì)有較明顯的柜閘跳動(dòng)信號(hào)，隨后出現(xiàn)風(fēng)機(jī)線譜（葉片通過(guò)頻率）加寬帶高斯性風(fēng)噪信號(hào)（見(jiàn)圖10右側(cè)紅色框內(nèi)）。

圖10 列車(chē)停車(chē)聲信號(hào)STFT時(shí)頻圖

4.3 分合閘

機(jī)車(chē)運(yùn)行中發(fā)生換相分閘與合閘事件時(shí)，機(jī)械間存在較為明顯的聲信號(hào)變化。分合閘事件對(duì)應(yīng)聲信號(hào)時(shí)域圖見(jiàn)圖11，發(fā)生分閘后，首先發(fā)出明顯的電閘聲，隨后機(jī)械間內(nèi)斷電，風(fēng)機(jī)及其他電力設(shè)備斷電，此時(shí)底噪主要為機(jī)車(chē)滑行狀態(tài)噪聲及發(fā)生鳴笛時(shí)的風(fēng)笛噪聲等。合閘時(shí)，首先部分電閘開(kāi)啟，伴隨若干次較弱電閘聲；隨后電氣柜設(shè)備上電并出現(xiàn)電流噪聲；最后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)由靜止迅速提高至額定轉(zhuǎn)速。由分合閘聲事件信號(hào)STFT時(shí)頻圖（見(jiàn)圖12）可知，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中葉片對(duì)應(yīng)線譜信號(hào)呈斜線上升趨勢(shì)。

圖11 分合閘事件對(duì)應(yīng)聲信號(hào)時(shí)域圖

圖12 分合閘事件聲信號(hào)STFT時(shí)頻圖

5 結(jié)論與展望

對(duì)HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)分析確定機(jī)車(chē)正常運(yùn)行工況下機(jī)械間的聲學(xué)信號(hào)類(lèi)型，對(duì)典型聲信號(hào)和聲事件信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行分析歸納。電笛/風(fēng)笛聲事件信號(hào)以474.6 Hz為基頻，時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)明顯基倍頻信號(hào)且持續(xù)時(shí)間較短；減速排氣聲事件信號(hào)時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)頻率分布范圍較廣、強(qiáng)度較強(qiáng)的信號(hào)，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；柜閘跳動(dòng)聲事件信號(hào)時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)全頻帶且時(shí)間較短信號(hào)；輪軌滑動(dòng)摩擦聲事件信號(hào)時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)約4.5 kHz線譜信號(hào)，持續(xù)時(shí)間有限；自動(dòng)噴砂對(duì)應(yīng)繼電器聲事件信號(hào)時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)約13 kHz明顯信號(hào)，持續(xù)時(shí)間約1.5 s；電子設(shè)備柜高頻電噪信號(hào)時(shí)頻圖可發(fā)現(xiàn)約20 kHz較強(qiáng)線譜信號(hào)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在HXD2型機(jī)車(chē)機(jī)械間采集的聲信號(hào)質(zhì)量較高，對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析能將各類(lèi)典型聲事件對(duì)應(yīng)信號(hào)段進(jìn)行標(biāo)記和分離，在此基礎(chǔ)上利用聲信號(hào)對(duì)機(jī)車(chē)?yán)鋮s風(fēng)機(jī)進(jìn)行全生命周期狀態(tài)監(jiān)控具備較好的可行性。

建議后續(xù)圍繞以下內(nèi)容開(kāi)展研究：

（1）對(duì)除風(fēng)機(jī)信號(hào)以外機(jī)械間可接收的短時(shí)聲事件信號(hào)，設(shè)計(jì)自動(dòng)檢測(cè)標(biāo)記算法，包括風(fēng)笛、減速放氣、柜閘跳動(dòng)、輪軌滑動(dòng)摩擦、自動(dòng)噴砂繼電器信號(hào)等。

（2）根據(jù)信號(hào)確立自動(dòng)采集設(shè)備形態(tài)，包括傳感器和邊緣計(jì)算模塊選型等。

（3）對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)異常狀態(tài)原理展開(kāi)進(jìn)一步研究并采集異常工作狀態(tài)下的聲信號(hào)，設(shè)計(jì)異常檢測(cè)算法。