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he is of of it is to of In is It is on it to of It of it of in of I. he is to is is of to a of to of is to of is an of to be of is to of of to on of to is in is of to of at in is in be to so in of as be to is to is 1. of . of If of is in of be of in ; of is d; of of ; of is is is by SM of be be of c ir c ( in n e r 21 01 c ir c ( o u t e r 21 01 ( r o r )1 021 B. e of of to is . as of in in of as . If of in of it a of is so of is to of it is it by of on is by of to is to or of is We of of is SP by we of we to to is is it of of is in is In in , To we is of of is to of of of of of on of of C. in of is of is by of on of we be by of on ow of he of is 3. of of so FT to (1) of (2) of (3) of is by of SP is of be is in of of A/D of of of of of is by of To to FT is up V. FT of is in at is to SP It of be in to 1 he of ,1994, 2 of ,2004,（ 2） : 4043, 3 he of ,996, 4 he 993 ,（ 8） :3034, 5 he of ,994. 6 2003. 7 2003. 基于 术为机车轴承设计故障诊断监控系统 摘要 滚动 轴承是机车运行组件的关键部件之一 ,因为它直接关系到机车的性能和安全。在本文章中 ,监控系统为机车轴承基于 个系统使用振动分析方法来诊断滚动轴承的故障。它是在全面的共振解调和快速傅立叶变换技术基础上 ,采用”相关的方法”来处理 有效的提高了轴承故障监控系统的反应特性 ,灵敏度 ,辨别和测量精度 ,它可以预测火车头运行中的故障和监测瞬态故障。 关键词 : 共振解调技术；数字信号处理器；相关方法 1 引言 列车有较高的安全需求是因为它的速度在不断提高。轴承故障是造 成多样的交通事故和影响铁路安全的主要因素之一。目前 ,铁路系统通常采用轴承温度探测器来监察机车轴承的状况。理论分析和大量的实践证明 ,轴承温度探测器可以在一定程度上防止意外发生 ,但大部分的轴承故障对温度是不敏感的。当轴承的温度超过范围系统将发出警报 ,但不幸的是这时候轴承损伤已经发生 ,甚至是事故已发生。因此 ,为了更早期更准确的找到故障 , 必须采用更先进的监测系统。大部分的轴承故障对振动信号非常的敏感。故障可能会导致轴承的振动增加。经分析和处理结果表明与监测轴承温度相比振动信号比温度的手段有更多的优势。 2 系统的组 成和工作过程 根据需要 ,监视器的轴承故障监测系统为机车轴承配置了两套侦测系统 : 测是用在正常情况条件下 ,而固定检测用在轴承故障的连续检测。这个系统采用特殊复合传感器在同一时间收集轴承的振动和温度信号。经过数据处理 ,将获得相应的故障水平和上升了的温度。在这个系统中设计数据采集单元。报警信息通过接口会传送至所有的车厢 ,使工作人员可以及时的处理 ,与此同时 ,故障数据和列车的相关信息如目前的位置和速度将通过全球定位系统转交给派遣中心 ,派遣中心将采用相应的 措施 。 调度中心 统 工业计算机 文书资料 仪器的故障诊断 仪器的故障诊断 . 3 为监控系统设计的关键技术 谱分析 在正常情况下 ,滚动轴承的各部分 (内圈 ,外圈 ,滚动体 ,保持架 )将保持相对稳定的工作状态。如果一些元素的表面 (保持架除外 )已有裂缝 ,而且这些裂缝在相邻表面也有 ,这时瞬时脉冲振动必须开启。 假设在轴承中滚动体的数量为 Z；滚动体的直径为 d；轴承的内圈和外圈的平均直径为 D；轴承的频率是0f。假设内圈是固定的 ,外圈是回转的 ,振动频率可以通过不同轴承零件的表面缺陷得到。 )(21 01 内圈 )(21 01 外圈 )(1 021 滚动体 这些频率可以被称为内圈 ,外圈和滚动体的特色故障频密程度。 振解调技术 我们根据轴承零件的共振可以收集振动信号 ,并使用包络线探测器检测故障信号的包络线 , 包络线探测器可以充分的分析故障的性质 ,这就是”共振解调技术”。一个零件的表面 ,如滚动轴承的内圈 ,外圈和滚动体极易在运作的过程中损坏 (如点蚀 ,剥落 ,裂缝和划痕等 )。如果一些轴承零件的表面在操作过程中有局部损伤和压力机故障斑点 ,必然会给操作带来影响。如果影响持续的时间很短 ,而且能源分歧的频率范围是广泛的 ,那么振动频率的能源与范围是小的。由于带宽的宽的脉冲 ,它理所应当的包含了固有高频率的振动 ,通过滚动轴承的内圈 ,外圈 ,滚动体和保持架的固有频率。共振解调信号被分离是通过带通滤波器的中心频率和它的固有频率相等实现的。然后包络线解调是通过有衰解振动波使用的软件或电路开展的 ,抹掉高频率衰解振动中的高频成分。我们只获得低频包络信号的故障特征的信息。包络信号的频谱分析是通过数字信号处理器来进行的 ,我们可以取得非常高的频率决议比例和很容易的找到相 应的故障的频率 ,从而我们可以轴承故障的诊断。 共振解调技术 ,电动谐振器的共振频率的设计高于正常的振动频率和有限高次谐波的频率。因此 ,可以有效的抵制低频信号包括正常的振动信号。共振回应放大信号振幅的脉冲信号和它的振荡时间加长。因此 ,故障信号是扩大在时域上的信号。在包络检测和低通过滤器之后 ,低频共振解调信号高噪声信号比被输出。信号处理系统如图 2 所示。 在轴承组件带来共振的影响下，形成的振荡不断衰减。通过研究每个衰减振荡，我们可以看到，其频率是轴承组件的固有频率，振幅衰减振荡是受到故障强度的影响 。振幅包络信号的衰减振荡反映故障的大小，而且频密的重复程度取决于对故障的定位。系统有抗干扰低频振动，高信号与噪声的比例的表现。 络检测 轴承故障在轧制过程中经常回引起震动。不同的故障有不同的字频。该字频系统检测是包络信号的频率 (这个频率被积累通过对轴承元件碰撞的故障 )，而不是轴承的振动频率。当我们分析故障信号，共振频率 (载波 )必须除去包络解调。因为包络信号已充分包括了所有故障的信息，消除载波，将不会有任何不利于分析的影响。 4 硬件和软件设计 硬件框图如图 3所示 该电路包括 两部分 :振动信号预处理和轴承状态分析。信号预处理部分符合信号的扩增，转换和共振解调。轴承状态分析部分满足频谱分析信号，”相关法”处理，故障分级处复合式传感器 频率带通滤波器 温度信号处理 包络检测 数字信号处理器 故障振动信号 温度信号 包络信号 图 2 信号预处理 轴承温度和空气温度差分放大器 复合传感器 振动信号放大器 频带滤波器 包络检测 低频通滤波器 键盘 液晶显示器 数字信号处理器 串行通信 报警 图 3 轴承故障监测硬件框图 理，轴承状况报告和与周边设备沟通等。 实现 要有 3 种 法 :1、只包括加法和减法，没有运作的复数旋转因子。 2、包括运作的复数旋转因子。 3、比特位置反演的运作。通过这样的数据处理，振动元件计算在 的工作量明显减少。系统反应的时间可以得到改进。 模块化设计是通过软件的设计来实现的，软件的设计包括振动信号的集合和温度增量信号， A/D 转换，数据预处理， 换，计算功率谱，故障分级的判断，保存数据，显示数据和传送数据。任务调度是通过事件触发和时间触发这种方式进行的。用来消除干扰，”相关的意思是” 换的结果进行处理，以保证故障回升信号有效。 5 结语 振动处理的 法是采用系统设计，在同一时间差温测量方法中加入综合评定的系统。高能力的 成信号处理。这个系统可以满足实时处理的要求。它结合机车监控和地面分析监测振动的信号和温度。早期诊断和报警装置为机车轴承故障提供保障能保证机车运行安全。 参考资料 1 王德志 . 诊断和保持轧制轴承 M. 北京： 中国铁道出版社， 1994 2 石华丰，殷存毅华 . 故障诊断机车轴承 j. 电气传动机车， 2004 3 梅红冰 . 振动监测与诊断滚动轴承 M. 北京：中国机械出版社， 1996 4 梅红冰 . 故障诊断滚动轴承使用包络分析，轴承， 1993 5 冯耿宾 . 振动诊断技术的研究机车故障 M. 北京：中国铁道出版众议院， 1994 6 姜思米 . 硬件开发 M. 北京：中国机械出版社， 2003 7 庆袁 . 应用设计 M. 北京： 中国机床出版社， 2003
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