车辆检测技术——货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统

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1、第十二童货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）是铁路车辆安全防范预警系统的重要纽•成部分，是保证铁路运输安全，防止列车脱线，车辆切轴的重大技术装备设备。系统采川声学技术和计算机技术，对运行列车滚动轴承裂缝、破损等故障进行在线、早期诊断预报,确保行车安全。目询，中国铁路运营里程近7万多公里，货车近60万辆，T-线运行的儿乎都是滚动轴承车辆。滚动轴承出现故障到轴承发热有一个过程。但轴承发热到热切非常快。红外线轴温监测系统采用的是红外辐射原理,只有轴承发热才能探测到。而滚动轴承早期故障轨边声学系统是车辆

2、轴承还没冇热轴时，就能诊断出故障，做到轴承故障早期发现，早期预报。将年辆轴承故障的防范关口比红外线提前一个阶段。该系统与红外轴温监测系统结合,可对低温热轴进行预报，大大提高热轴预报的准确率和兑现率，对运输安全提供可靠保障第一节货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统介绍—系统的工作原理1滚动轴承在运转中的振动、声咅信号的分析滚动轴承主要由内圈、外圈及滚动体组成。滚动轴承在旋转时必然会发生振动，这种振动是由儿种振动合成的，它主要与轴承转动体的固有振动和轴的振动等有关。在轴承无故障时，轴承在旋转时表现出来的振动主耍是由转动面的光洁度和波纹度引起的；在

3、轴承发生故障时，转动面劣化，转动体通过损伤部分时，由于冲击现象而发生极快速的冲击振动。我们通过检测这样的振动声音信号，便可进行针对故障的滚动轴承的早期诊断。滚动轴承具有以外圈的弯曲固有振动为代表的几种固有振动。它与内圈滚动而的凹凸不平有关联的轴承振动频率一起构成了滚动轴承的固有振动频谱，在轴承运转过程中，存在以F振动:（1）rti表面粗糙引起的振动。滚动轴承的滚动面镜面一样，虽然存在着形位公差和微小的不规则的凹凸不平，轴承在转动时，由于内外圈与滚动体的弹性接触及凹凸不平的相应微小交替变化产生振动，但其振动声音的振幅是很小的。但如果由于润滑不良

4、和混入异物等原因而发牛表面粗糙样的损伤。则整个滚动面劣化，表面的凹凸不平变大，其相应的振动力也增大，所以，因表面粗糙而产生的振幅相应增加。（2）因剥落故障引起的振动。滚动轴承的内外圈及滚动体，常因材质疲劳而产牛表面局部剥离或裂纹。轴承旋转时，转动体与缺陷部分相冲击，产生了冲击加振力，这个冲击加振力便使轴承的振动系统产生激振，每次冲击时就产生冲击振动。由于加振力是冲击性的，对表面粗糙和表面正常的轴承一样，都具冇宽频成分的频谱。因此由剥落、裂纹等原因产生的振动频率也为宽频率。而且随着轴承的运转，故障冲击力将周期性地发生，而口每次冲击作丿IJ都将激

5、起轴承系统的共振，这种高频振动的幅值受到脉冲激励的调制而形成一调幅波。产牛•缺陷的元件不同，这种冲击的周期不同。2系统的工作原理TADS是在轨边安装声学传感器阵列对高速运行列车的车辆轴承的振动声咅信号进行采集，采丿IJ现代声学诊断技术，将时域信号进行能量谱、功率谱分析，采川模糊诊断及小波分析等理论，建立复杂的数学模烈和越来越完善的专家系统，根据不同的轴承故障信号频率、能量、幅值和相关的车速、荷载的因素，判别出各种不同的轴承故障类型和故障缺陷程度,从而实现对滚动轴承早期故障进行预警、防范、保证行车安全。（1）声音传感器的设置根据铁路车辆轴承的运

6、行机理及轴承的尺寸，准确、全面地采集轴承任何部位发牛.故障产生缺陷时所产生的振动声音。声学传感器的作用区域应大于6.5m。若采用单独的声学传感器，在这么人的指向区域内保持接收信号灵敏度的一致性是很怵I难的，而且难以区分是哪一个轴承发出的声音。TADS采用两侧各6个声学传感器阵列，每个声学传感器指向性设计的冇效区域为lm左右，并相互交叉，保证了某一个轴承在探测区域内传感器接收的轴承振动信号是连续的。系统采丿IJ测速、测距等技术來区分不同轴承信号在某个传感器作用区域的声音信号，最后，将6个传感器的信号合成，形成每个轴承的声音信号，为了保证6个声学

7、传感器接收信号灵敏度的一致性，系统还采川了自适应校准技术,对传感器进行自适应校准。由于采川了传感器阵列技术，使得系统对轴承信号拾取更加全面和准确，保证了系统对故障轴承诊断的可靠性和准确性。（2）.故障轴承的车号定位和轴位的自动定位在TADS系统中，还加入了车号自动识别设备（AE1）,在轴承故障预报的同时，将故障轴承的车号和轴位信息肓接传送到上位机。轴承在车辆屮的定位是根据标签的安装位置定义的，与列车运行的方向无关。轴承位置的定义图12・1所示：①端RlR2hr1h俯视图R3R4②端rJhL3L4图12-1轴承位置定义图二系统主要技术性能及功能

8、1性能白动检测通过列车滚动轴承的滚子、内套、外套等故障。预报等级：5级。适应车速：30-110KM/H（最好40-80KM/H）o自动计轴、计辆和测速。检测精度:预