机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (12): 98-106.doi: 10.3901/JME.260478
• 特邀专栏:数字孪生赋能的高端装备智能运维 • 上一篇
王松1, 郑晨2, 姚德臣3, 高帅4, 韩勤锴1, 罗均4, 褚福磊1
WANG Song1, ZHENG Chen2, YAO Dechen3, GAO Shuai4, HAN Qinkai1, LUO Jun4, CHU Fulei1
摘要: 随着列车提速与高密度运营,轮对安全裕度被持续压缩,双列圆锥滚子轴承作为列车轮对的关键旋转承载件,其健康状况直接决定整辆列车的运行安全、可靠性与全寿命运维成本。针对现有在线监测依赖外接供电、传感器布置受限等瓶颈,提出一种与保持架同轴对称、超紧凑集成于轴承内部的摩擦发电机原位传感模块(Triboelectric-nanogenerator-based in-situ sensing module,TISM),实现对双列圆锥滚子轴承两侧保持架-滚动体相对运动信息的自供能同步采集。构建TISM输出信号与转速、载荷等关键运行参数间的定性映射关系,为轴承的实时状态识别提供可靠依据。结果表明,TISM具备高灵敏度与自供能特性,且在材料选择和设计间隙方面表现出卓越的鲁棒性,能够为构建列车轮对轴承数字孪生体提供关键的多物理场参数支撑。在轨道车辆横向动力学实验台上的应用展示表明,TISM在复杂变速工况下依然表现出优异的监测有效性与自传感能力。通过对TISM输出信号进行时频特征分析,可实现对轴承运行状态的实时感知,并能精确捕捉保持架打滑等早期异常行为特征。研究展示了基于TISM的智能零部件孪生单体的虚实互动新模式,为滚动轴承智能化设计与自供能监测提供技术参考,并有望由此推广至列车整体系统的数字孪生形态。
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