專(zhuān)利名稱(chēng)：鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種基于聲發(fā)射檢測(cè)原理的用于鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承的故障檢測(cè)方法及相應(yīng)裝置，該檢測(cè)裝置在鐵路貨車(chē)處于列檢和站修工況時(shí)，采用手動(dòng)或其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備使軸承外環(huán)旋轉(zhuǎn)，對(duì)滾動(dòng)軸承不拆卸、不解體，在低速轉(zhuǎn)動(dòng)滾動(dòng)軸承情況下，能夠識(shí)別影響鐵路貨車(chē)正常運(yùn)行的軸承的重大故障。
背景技術(shù)：
目前在鐵路貨車(chē)車(chē)輛檢修(站修)中主要靠檢測(cè)人員手工轉(zhuǎn)動(dòng)滾動(dòng)軸承憑手感來(lái)判斷軸承是否有故障；另外在站修中也有采用專(zhuān)用設(shè)備對(duì)貨車(chē)輪對(duì)中的滾動(dòng)軸承進(jìn)行模擬加載并高速旋轉(zhuǎn)的方法來(lái)識(shí)別滾動(dòng)軸承中的故障；在車(chē)輛運(yùn)行中主要采用紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備進(jìn)行高溫軸承預(yù)報(bào)。上述檢測(cè)方法存在以下問(wèn)題一是人工檢測(cè)判斷故障軸承隨意性大，故障的正確識(shí)別率不穩(wěn)定，主要依賴(lài)于工作者的經(jīng)驗(yàn)是否豐富和人的多種因素；二是采用輪對(duì)軸承高速轉(zhuǎn)動(dòng)并同時(shí)加載的方法對(duì)軸承故障檢測(cè)時(shí)所需設(shè)備龐大(參見(jiàn)實(shí)用新型專(zhuān)利97238572.X，95222449.6和90215977.1)、檢測(cè)過(guò)序復(fù)雜、效率低、識(shí)別成功率不高；三是紅外線預(yù)報(bào)高溫軸承的故障正確率極低，主要原因是紅外線預(yù)報(bào)是對(duì)軸承溫度預(yù)報(bào)(參見(jiàn)實(shí)用新型專(zhuān)利87211532和87207636)，而不是直接對(duì)軸承故障的檢測(cè)。目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)適合于列檢工況條件下的滾動(dòng)故障故障診斷裝置或儀器設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承故障方法和裝置診斷識(shí)別成功率不高、識(shí)別成功率不穩(wěn)定、檢測(cè)過(guò)程和操作復(fù)雜、效率低、設(shè)備龐大、不適合用于列檢工況等不足，本發(fā)明專(zhuān)利描述了一種利用聲發(fā)射原理檢測(cè)鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承重大故障的方法和在此方法基礎(chǔ)上研制的檢測(cè)裝置。當(dāng)滾動(dòng)軸承內(nèi)部出現(xiàn)保持架斷裂、滾動(dòng)體不轉(zhuǎn)動(dòng)或內(nèi)外滾道出現(xiàn)較大凹坑、凸起和金屬夾雜物時(shí)，在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，斷裂的保持架與滾動(dòng)體和內(nèi)外滾道發(fā)生摩擦磨損，或，不轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)體與保持架內(nèi)外滾道發(fā)生摩擦磨損，或，內(nèi)外滾道出現(xiàn)的較大凹坑、凸起和金屬夾雜物會(huì)引起滾動(dòng)體對(duì)滾道的沖擊，上述摩擦磨損和機(jī)械沖擊產(chǎn)生一種彈性應(yīng)力波，稱(chēng)為聲發(fā)射波，由于這種應(yīng)力波的頻帶極寬，因此利用其高頻部分，同時(shí)，采用對(duì)應(yīng)力波波形寬度和應(yīng)力波數(shù)量識(shí)別的辦法，可以有效的去除現(xiàn)場(chǎng)的工頻、電弧和機(jī)械沖擊等干擾，提高滾動(dòng)軸承重大故障的檢測(cè)成功率。
檢測(cè)方法為由聲發(fā)射敏感元件或傳感器將滾動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器進(jìn)行阻抗變換和放大處理后，由帶通濾波器濾除低頻干擾信號(hào)，經(jīng)包絡(luò)分析器提取高頻故障信號(hào)的緩變趨勢(shì)信號(hào)，在經(jīng)低通濾波器濾除緩變趨勢(shì)信號(hào)中的高頻雜波后，由故障識(shí)別器進(jìn)行滾動(dòng)軸承重大故障判斷，為去除外界機(jī)械沖擊和電脈沖的干擾，由計(jì)數(shù)器進(jìn)一步判斷是否為重大故障，在重大故障發(fā)生時(shí)，檢測(cè)裝置給出聲光報(bào)警指示。詳細(xì)設(shè)計(jì)如下聲發(fā)射敏感元件或傳感器滾動(dòng)軸承的聲發(fā)射故障信號(hào)的頻譜特征大多數(shù)在50kHz至500kHz之間，在這個(gè)頻段內(nèi)，故障信號(hào)變化較敏感，采用特殊技術(shù)制造傳感器。
前置放大器起到傳感器輸出和后續(xù)處理電路的阻抗匹配和信號(hào)放大作用，由于聲發(fā)射電信號(hào)非常微弱(μV級(jí))，且傳感器輸出阻抗很大，因此，需要高信噪比和高增益專(zhuān)用前置放大集成電路。
帶通濾波器前置放大器的輸出信號(hào)含有大量工頻干擾信號(hào)和無(wú)關(guān)的高頻電噪音，經(jīng)過(guò)50kHz至500kHz的帶通濾波器處理后，可有效剔除工頻和超高頻干擾，保障聲發(fā)射故障信號(hào)的信噪比較高。
包絡(luò)分析器和低通濾波器經(jīng)帶通濾波器的聲發(fā)射故障信號(hào)，經(jīng)包絡(luò)分析器和低通濾波器處理后，可進(jìn)一步剔除時(shí)域尖峰信號(hào)的干擾，為后續(xù)故障識(shí)別器提供較穩(wěn)定的識(shí)別信號(hào)。
故障識(shí)別器采用雙閾值法識(shí)別軸承有無(wú)重大故障，即對(duì)故障信號(hào)的幅度和寬度分別設(shè)立獨(dú)立閾值，因?yàn)檩S承定性故障基本表現(xiàn)為機(jī)械沖擊而產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)，此信號(hào)具有一定的幅值高度和時(shí)域?qū)挾?，設(shè)定幅度閾值是用于識(shí)別故障的嚴(yán)重程度，設(shè)定時(shí)域?qū)挾乳撝凳怯糜谔蕹饨珉娒}沖產(chǎn)生的尖峰干擾，識(shí)別有一定時(shí)域?qū)挾鹊墓收闲盘?hào)；一般情況下，軸承故障越嚴(yán)重，在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)出的機(jī)械沖擊強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的聲發(fā)射能量也越大，表現(xiàn)出的故障信號(hào)時(shí)域?qū)挾纫苍綄?，因此，時(shí)域?qū)挾乳撝档脑O(shè)定一方面進(jìn)一步有效剔除外界干擾，另一方面也進(jìn)一步識(shí)別故障的嚴(yán)重程度。對(duì)這兩種閾值判別器的輸出采用邏輯“與”的方法，即兩者均滿(mǎn)足條件時(shí)，即認(rèn)為故障確實(shí)發(fā)生，因此，這種方法不僅能有效地識(shí)別故障嚴(yán)重程度，而且極大地防止誤報(bào)。
計(jì)數(shù)器用于防止外界噪聲信號(hào)的干擾。當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)超過(guò)閾值多次后才報(bào)警，極大地提高了檢測(cè)裝置的容錯(cuò)能力。


圖1為列檢工況時(shí)滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置安裝示意圖。1為鐵路貨車(chē)車(chē)軸；2為滾動(dòng)軸承；3為軸承端蓋；4為本發(fā)明專(zhuān)利描述的故障檢測(cè)裝置，它通過(guò)4底部的磁鋼與軸承端蓋的三個(gè)螺栓帽緊密接觸。
圖2為列檢工況時(shí)滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置操作面板示意圖。1為故障檢測(cè)裝置電源工作指示燈，電源開(kāi)關(guān)處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，該燈亮；2為內(nèi)部電池電源不足指示燈，電源不足時(shí)，該燈亮；3為報(bào)警指示燈，當(dāng)檢測(cè)到有故障時(shí)，該燈亮；4為報(bào)警復(fù)位鍵，用于清除報(bào)警狀態(tài)，恢復(fù)到正常檢測(cè)狀態(tài)；5為電源開(kāi)關(guān)。
圖3為列檢工況用滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。1為圖2所示的操作面板；2為內(nèi)部電池組；3為故障檢測(cè)裝置外殼；4為具有信號(hào)處理和故障識(shí)別功能的電路板；5為磁鋼；6為拾取聲發(fā)射信號(hào)的敏感元件。
圖4為站修工況時(shí)滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置安裝示意圖。1為鐵路貨車(chē)車(chē)軸；2為滾動(dòng)軸承；3為軸承端蓋；4為本發(fā)明專(zhuān)利描述的站修工況用故障檢測(cè)裝置的聲發(fā)射傳感器，它通過(guò)4底部的磁鋼與軸承端蓋的一個(gè)螺栓帽緊密接觸；5為信號(hào)電纜；6為檢測(cè)裝置；7為軸承端蓋三個(gè)螺栓帽中的兩個(gè)螺栓帽。
圖5為站修工況用滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置用聲發(fā)射傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，1為聲發(fā)射傳感器外蓋；2為電纜端子；3為傳感器外殼；4為具有前置變換和放大的電路板；5和6為磁鋼；7為拾取聲發(fā)射信號(hào)的敏感元件。
具體實(shí)施例方式
為了實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了一種安裝簡(jiǎn)潔、操作方便、重量輕、識(shí)別成功率高的適合于列檢和站修工況下的鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置依靠底面外部凹陷處和內(nèi)部的磁吸部件與貨車(chē)輪對(duì)兩端軸承附近的三個(gè)螺栓頭的平面密貼，同時(shí)，密貼處涂抹少許耦合介質(zhì)；無(wú)論用于列檢和站修工況，均使用鐵路相關(guān)部門(mén)提供的專(zhuān)用裝置使軸承外環(huán)處于自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)于列檢工況，只需手工以40～60轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)軸承外環(huán)，對(duì)于站修工況，借助機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置使軸承外環(huán)以100～150轉(zhuǎn)/分速度轉(zhuǎn)動(dòng)；檢測(cè)裝置在工作時(shí)，依靠在該裝置底面內(nèi)部的敏感元件拾取軸承故障發(fā)出的彈性應(yīng)力波并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出到前置放大器、信號(hào)調(diào)理電路和識(shí)別判斷電路，最后，以聲光報(bào)警的方式顯示滾動(dòng)軸承有無(wú)重大故障，重大故障的判別依據(jù)在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上確定的。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明專(zhuān)利描述的聲發(fā)射檢測(cè)方法為由聲發(fā)射敏感元件或傳感器將滾動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器進(jìn)行阻抗變換和放大處理后，由帶通濾波器濾除低頻干擾信號(hào)，經(jīng)包絡(luò)分析器提取高頻故障信號(hào)的緩變趨勢(shì)信號(hào)，在經(jīng)低通濾波器濾除緩變趨勢(shì)信號(hào)中的高頻雜波后，由故障識(shí)別器進(jìn)行滾動(dòng)軸承重大故障判斷，為去除外界機(jī)械沖擊和電脈沖的干擾，由計(jì)數(shù)器進(jìn)一步判斷是否為重大故障，在重大故障發(fā)生時(shí)，檢測(cè)裝置給出聲光報(bào)警指示。此檢測(cè)方法用于鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承的重大故障檢測(cè)，也同時(shí)包含用于其它形式的滾動(dòng)軸承的故障檢測(cè)。
2.基于聲發(fā)射檢測(cè)原理的用于鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承的故障檢測(cè)方法及裝置，該檢測(cè)儀器在鐵路貨車(chē)處于列檢和站修工況時(shí)，對(duì)滾動(dòng)軸承不用解體，采用手動(dòng)或其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備使軸承外滾道旋轉(zhuǎn)，在低速轉(zhuǎn)動(dòng)滾動(dòng)軸承外滾道的情況下，能夠識(shí)別影響鐵路貨車(chē)正常運(yùn)行的軸承的重大故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于聲發(fā)射檢測(cè)原理的用于鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承的故障檢測(cè)方法及裝置。在鐵路貨車(chē)處于列檢工況時(shí)，該檢測(cè)裝置依靠底面外部凹陷處和內(nèi)部的磁吸部件與貨車(chē)輪對(duì)軸承附近的三個(gè)螺栓頭的平面密貼，在密貼處涂抹少許耦合介質(zhì)，手工以40～60轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)軸承外環(huán)；處于站修工況時(shí)，將聲發(fā)射傳感器依靠其底部的磁吸部件與貨車(chē)輪對(duì)兩端軸承附近的一個(gè)螺栓帽的平面密貼，在密貼處涂抹少許耦合介質(zhì)，借助機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置使軸承外環(huán)以100～150轉(zhuǎn)/分速度轉(zhuǎn)動(dòng)；在對(duì)滾動(dòng)軸承不解體的情況下，就能夠識(shí)別影響鐵路貨車(chē)正常運(yùn)行的滾動(dòng)軸承的重大故障。
文檔編號(hào)B61K9/04GK1490208SQ02131438
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者徐春廣, 陳金祥, 肖定國(guó), 郭浩, 理華, 季皖東, 鄭大勇 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué), 天津鐵路分局唐山車(chē)輛段