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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） : 40~43, [3] he of ],996, [4] he 993 ,（ 8） :30~34, [5] he of ],994. [6] 2003. [7] 2003. 基于 術(shù)為機(jī)車軸承設(shè)計(jì)故障診斷監(jiān)控系統(tǒng) 摘要 滾動(dòng) 軸承是機(jī)車運(yùn)行組件的關(guān)鍵部件之一 ,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到機(jī)車的性能和安全。在本文章中 ,監(jiān)控系統(tǒng)為機(jī)車軸承基于 個(gè)系統(tǒng)使用振動(dòng)分析方法來(lái)診斷滾動(dòng)軸承的故障。它是在全面的共振解調(diào)和快速傅立葉變換技術(shù)基礎(chǔ)上 ,采用”相關(guān)的方法”來(lái)處理 有效的提高了軸承故障監(jiān)控系統(tǒng)的反應(yīng)特性 ,靈敏度 ,辨別和測(cè)量精度 ,它可以預(yù)測(cè)火車頭運(yùn)行中的故障和監(jiān)測(cè)瞬態(tài)故障。 關(guān)鍵詞 : 共振解調(diào)技術(shù)；數(shù)字信號(hào)處理器；相關(guān)方法 1 引言 列車有較高的安全需求是因?yàn)樗乃俣仍诓粩嗵岣摺］S承故障是造 成多樣的交通事故和影響鐵路安全的主要因素之一。目前 ,鐵路系統(tǒng)通常采用軸承溫度探測(cè)器來(lái)監(jiān)察機(jī)車軸承的狀況。理論分析和大量的實(shí)踐證明 ,軸承溫度探測(cè)器可以在一定程度上防止意外發(fā)生 ,但大部分的軸承故障對(duì)溫度是不敏感的。當(dāng)軸承的溫度超過(guò)范圍系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào) ,但不幸的是這時(shí)候軸承損傷已經(jīng)發(fā)生 ,甚至是事故已發(fā)生。因此 ,為了更早期更準(zhǔn)確的找到故障 , 必須采用更先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大部分的軸承故障對(duì)振動(dòng)信號(hào)非常的敏感。故障可能會(huì)導(dǎo)致軸承的振動(dòng)增加。經(jīng)分析和處理結(jié)果表明與監(jiān)測(cè)軸承溫度相比振動(dòng)信號(hào)比溫度的手段有更多的優(yōu)勢(shì)。 2 系統(tǒng)的組 成和工作過(guò)程 根據(jù)需要 ,監(jiān)視器的軸承故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為機(jī)車軸承配置了兩套偵測(cè)系統(tǒng) : 測(cè)是用在正常情況條件下 ,而固定檢測(cè)用在軸承故障的連續(xù)檢測(cè)。這個(gè)系統(tǒng)采用特殊復(fù)合傳感器在同一時(shí)間收集軸承的振動(dòng)和溫度信號(hào)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理 ,將獲得相應(yīng)的故障水平和上升了的溫度。在這個(gè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集單元。報(bào)警信息通過(guò)接口會(huì)傳送至所有的車廂 ,使工作人員可以及時(shí)的處理 ,與此同時(shí) ,故障數(shù)據(jù)和列車的相關(guān)信息如目前的位置和速度將通過(guò)全球定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)交給派遣中心 ,派遣中心將采用相應(yīng)的 措施 。 調(diào)度中心 統(tǒng) 工業(yè)計(jì)算機(jī) 文書(shū)資料 儀器的故障診斷 儀器的故障診斷 ………. 3 為監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 譜分析 在正常情況下 ,滾動(dòng)軸承的各部分 (內(nèi)圈 ,外圈 ,滾動(dòng)體 ,保持架 )將保持相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。如果一些元素的表面 (保持架除外 )已有裂縫 ,而且這些裂縫在相鄰表面也有 ,這時(shí)瞬時(shí)脈沖振動(dòng)必須開(kāi)啟。 假設(shè)在軸承中滾動(dòng)體的數(shù)量為 Z；滾動(dòng)體的直徑為 d；軸承的內(nèi)圈和外圈的平均直徑為 D；軸承的頻率是0f。假設(shè)內(nèi)圈是固定的 ,外圈是回轉(zhuǎn)的 ,振動(dòng)頻率可以通過(guò)不同軸承零件的表面缺陷得到。 ? ? )(21 01 內(nèi)圈? ? ? )(21 01 外圈? ? ? )(]1[ 021 滾動(dòng)體? 這些頻率可以被稱為內(nèi)圈 ,外圈和滾動(dòng)體的特色故障頻密程度。 振解調(diào)技術(shù) 我們根據(jù)軸承零件的共振可以收集振動(dòng)信號(hào) ,并使用包絡(luò)線探測(cè)器檢測(cè)故障信號(hào)的包絡(luò)線 , 包絡(luò)線探測(cè)器可以充分的分析故障的性質(zhì) ,這就是”共振解調(diào)技術(shù)”。一個(gè)零件的表面 ,如滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈 ,外圈和滾動(dòng)體極易在運(yùn)作的過(guò)程中損壞 (如點(diǎn)蝕 ,剝落 ,裂縫和劃痕等 )。如果一些軸承零件的表面在操作過(guò)程中有局部損傷和壓力機(jī)故障斑點(diǎn) ,必然會(huì)給操作帶來(lái)影響。如果影響持續(xù)的時(shí)間很短 ,而且能源分歧的頻率范圍是廣泛的 ,那么振動(dòng)頻率的能源與范圍是小的。由于帶寬的寬的脈沖 ,它理所應(yīng)當(dāng)?shù)陌斯逃懈哳l率的振動(dòng) ,通過(guò)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈 ,外圈 ,滾動(dòng)體和保持架的固有頻率。共振解調(diào)信號(hào)被分離是通過(guò)帶通濾波器的中心頻率和它的固有頻率相等實(shí)現(xiàn)的。然后包絡(luò)線解調(diào)是通過(guò)有衰解振動(dòng)波使用的軟件或電路開(kāi)展的 ,抹掉高頻率衰解振動(dòng)中的高頻成分。我們只獲得低頻包絡(luò)信號(hào)的故障特征的信息。包絡(luò)信號(hào)的頻譜分析是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)進(jìn)行的 ,我們可以取得非常高的頻率決議比例和很容易的找到相 應(yīng)的故障的頻率 ,從而我們可以軸承故障的診斷。 共振解調(diào)技術(shù) ,電動(dòng)諧振器的共振頻率的設(shè)計(jì)高于正常的振動(dòng)頻率和有限高次諧波的頻率。因此 ,可以有效的抵制低頻信號(hào)包括正常的振動(dòng)信號(hào)。共振回應(yīng)放大信號(hào)振幅的脈沖信號(hào)和它的振蕩時(shí)間加長(zhǎng)。因此 ,故障信號(hào)是擴(kuò)大在時(shí)域上的信號(hào)。在包絡(luò)檢測(cè)和低通過(guò)濾器之后 ,低頻共振解調(diào)信號(hào)高噪聲信號(hào)比被輸出。信號(hào)處理系統(tǒng)如圖 2 所示。 在軸承組件帶來(lái)共振的影響下，形成的振蕩不斷衰減。通過(guò)研究每個(gè)衰減振蕩，我們可以看到，其頻率是軸承組件的固有頻率，振幅衰減振蕩是受到故障強(qiáng)度的影響 。振幅包絡(luò)信號(hào)的衰減振蕩反映故障的大小，而且頻密的重復(fù)程度取決于對(duì)故障的定位。系統(tǒng)有抗干擾低頻振動(dòng)，高信號(hào)與噪聲的比例的表現(xiàn)。 絡(luò)檢測(cè) 軸承故障在軋制過(guò)程中經(jīng)?；匾鹫饎?dòng)。不同的故障有不同的字頻。該字頻系統(tǒng)檢測(cè)是包絡(luò)信號(hào)的頻率 (這個(gè)頻率被積累通過(guò)對(duì)軸承元件碰撞的故障 )，而不是軸承的振動(dòng)頻率。當(dāng)我們分析故障信號(hào)，共振頻率 (載波 )必須除去包絡(luò)解調(diào)。因?yàn)榘j(luò)信號(hào)已充分包括了所有故障的信息，消除載波，將不會(huì)有任何不利于分析的影響。 4 硬件和軟件設(shè)計(jì) 硬件框圖如圖 3所示 該電路包括 兩部分 :振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理和軸承狀態(tài)分析。信號(hào)預(yù)處理部分符合信號(hào)的擴(kuò)增，轉(zhuǎn)換和共振解調(diào)。軸承狀態(tài)分析部分滿足頻譜分析信號(hào)，”相關(guān)法”處理，故障分級(jí)處復(fù)合式傳感器 頻率帶通濾波器 溫度信號(hào)處理 包絡(luò)檢測(cè) 數(shù)字信號(hào)處理器 故障振動(dòng)信號(hào) 溫度信號(hào) 包絡(luò)信號(hào) 圖 2 信號(hào)預(yù)處理 軸承溫度和空氣溫度差分放大器 復(fù)合傳感器 振動(dòng)信號(hào)放大器 頻帶濾波器 包絡(luò)檢測(cè) 低頻通濾波器 鍵盤(pán) 液晶顯示器 數(shù)字信號(hào)處理器 串行通信 報(bào)警 圖 3 軸承故障監(jiān)測(cè)硬件框圖 理，軸承狀況報(bào)告和與周邊設(shè)備溝通等。 實(shí)現(xiàn) 要有 3 種 法 :1、只包括加法和減法，沒(méi)有運(yùn)作的復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)因子。 2、包括運(yùn)作的復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)因子。 3、比特位置反演的運(yùn)作。通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)處理，振動(dòng)元件計(jì)算在 的工作量明顯減少。系統(tǒng)反應(yīng)的時(shí)間可以得到改進(jìn)。 模塊化設(shè)計(jì)是通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，軟件的設(shè)計(jì)包括振動(dòng)信號(hào)的集合和溫度增量信號(hào)， A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)預(yù)處理， 換，計(jì)算功率譜，故障分級(jí)的判斷，保存數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)。任務(wù)調(diào)度是通過(guò)事件觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)這種方式進(jìn)行的。用來(lái)消除干擾，”相關(guān)的意思是” 換的結(jié)果進(jìn)行處理，以保證故障回升信號(hào)有效。 5 結(jié)語(yǔ) 振動(dòng)處理的 法是采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在同一時(shí)間差溫測(cè)量方法中加入綜合評(píng)定的系統(tǒng)。高能力的 成信號(hào)處理。這個(gè)系統(tǒng)可以滿足實(shí)時(shí)處理的要求。它結(jié)合機(jī)車監(jiān)控和地面分析監(jiān)測(cè)振動(dòng)的信號(hào)和溫度。早期診斷和報(bào)警裝置為機(jī)車軸承故障提供保障能保證機(jī)車運(yùn)行安全。 參考資料 [1] 王德志 . 診斷和保持軋制軸承 [M]. 北京： 中國(guó)鐵道出版社， 1994 [2] 石華豐，殷存毅華 . 故障診斷機(jī)車軸承 [j]. 電氣傳動(dòng)機(jī)車， 2004 [3] 梅紅冰 . 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷滾動(dòng)軸承 [M]. 北京：中國(guó)機(jī)械出版社， 1996 [4] 梅紅冰 . 故障診斷滾動(dòng)軸承使用包絡(luò)分析，軸承， 1993 [5] 馮耿賓 . 振動(dòng)診斷技術(shù)的研究機(jī)車故障 [M]. 北京：中國(guó)鐵道出版眾議院， 1994 [6] 姜思米 . 硬件開(kāi)發(fā) M]. 北京：中國(guó)機(jī)械出版社， 2003 [7] 慶袁 . 應(yīng)用設(shè)計(jì) M]. 北京： 中國(guó)機(jī)床出版社， 2003