一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于軸承跑合試驗(yàn)中檢測軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量的軸承跑合異音 檢測系統(tǒng)，屬于軌道交通安全檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國軌道車輛向高速重載方向的發(fā)展，車輛產(chǎn)品的制造質(zhì)量越來越受到車輛 制造廠、車輛運(yùn)用部口，甚至社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。軸箱裝置作為車輛的關(guān)鍵部件，其制造、 組裝質(zhì)量直接關(guān)系到車輛高速運(yùn)行時(shí)的安全性，其核屯、為軸箱軸承。軸箱軸承主要結(jié)構(gòu)由 外圈、內(nèi)圈、滾子和保持架四部分組成。內(nèi)圈通過液壓過應(yīng)力與軸徑進(jìn)行過盈裝配，運(yùn)行時(shí) 與輪軸同步旋轉(zhuǎn);外圈被安裝在軸箱或軸承座孔內(nèi)，起支撐車體的作用;滾子位于內(nèi)圈、外 圈之間，當(dāng)內(nèi)圈與輪對(duì)一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，外圈保持不動(dòng)，滾子與外圈、內(nèi)圈產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，使其一 方面繞其軸屯、自轉(zhuǎn)，另一方面繞內(nèi)、外圈滾道滾轉(zhuǎn)。滾子的尺寸與個(gè)數(shù)決定了軸承承載力， 保持架通過分割滾子使其各自位于均勻間隔的位置上，防止相互碰撞摩擦，能夠確保各滾 動(dòng)體獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。鐵路客車軸箱軸承為分體式軸承，在組裝前為分體狀態(tài)，組裝時(shí)依次進(jìn)行內(nèi) 圈組裝、外組件組裝、注脂、軸箱體密封等工作，其組裝作業(yè)相對(duì)于整體軸承較為復(fù)雜，若組 裝狀態(tài)不良，或產(chǎn)品自身質(zhì)量存在缺陷，極易造成軸承故障。
[0003] 軸承跑合試驗(yàn)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》，模擬輪對(duì) 運(yùn)轉(zhuǎn)情況的試驗(yàn)。在一定條件(轉(zhuǎn)速和時(shí)間）下，對(duì)使裝車前的貨車輪對(duì)進(jìn)行跑合，使?jié)櫥?涂布均勻，并檢測軸承的溫升、振動(dòng)或異音情況，W此來檢驗(yàn)軸承的生產(chǎn)及組裝質(zhì)量。軸承 跑和試驗(yàn)有助于防止因軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量問題，而引發(fā)的輪對(duì)運(yùn)行早期的熱軸、燃軸事 故，進(jìn)一步完善了對(duì)軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量的檢測，對(duì)于鐵道車輛的安全運(yùn)行有著重要的意 義。
[0004] 分體式軸承的最終組裝工作由軸箱組裝單位完成，而非軸承生產(chǎn)廠家進(jìn)行，為驗(yàn) 證軸承自身及組裝質(zhì)量，分體式軸承組裝后須進(jìn)行跑合試驗(yàn)。軸承在跑合的過程中主要有 四種特征頻率段的聲音，主要是保持架特征頻率、外圈的特征頻率、內(nèi)圈的特征頻率和滾子 的特征頻率，當(dāng)軸承的上述的某一地方發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其頻率幅值發(fā)生變化，產(chǎn)生異 音。異音信號(hào)為軸承的故障聲音信號(hào)，包含軸承的缺陷信息，通過對(duì)異音信號(hào)的檢測和分 析，可W直觀地判斷軸承的生產(chǎn)和組裝質(zhì)量。
[0005] 對(duì)于跑合過程中的軸承異音檢測，目前的方法是人工傾聽檢測，結(jié)果判定具有一 定的主觀性，檢測數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)確的量化評(píng)價(jià)結(jié)果。另外軸承跑合現(xiàn)場不可避免地存在外界 聲音干擾，且跑合試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行及合格軸承跑合本身也不可避免地產(chǎn)生一定聲音，因此人工 分辨軸承異音也有一定的難度，需有一定經(jīng)驗(yàn)的工作人員才能勝任。另外，人工檢測的原始 數(shù)據(jù)不能保存，對(duì)單個(gè)工件檢測結(jié)果不能進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記錄。軸承作為車輛的核屯、部件， 目前的異音檢測是其組裝過程中質(zhì)量控制的瓶頸環(huán)節(jié)之一，迫切需要開展相關(guān)檢測技術(shù)的 研究工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于工作人員直觀、 簡單地掌握軸承跑合試驗(yàn)的異音狀況和其他安全狀況，快速準(zhǔn)確地判斷跑合試驗(yàn)結(jié)果。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是:一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，包括 信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊包括用于檢測跑合過程中軸承發(fā)出的聲音信號(hào)的聲音傳 感器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述信號(hào)采集模塊還包括與所述聲音傳感器電連接的發(fā)射裝置，用于 將檢測到的原始聲音信號(hào)通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0008] 所述判定模塊包括聲音判定模塊，所述聲音判定模塊包括時(shí)域判定子模塊和頻域 判定子模塊;所述時(shí)域判定子模塊用于對(duì)原始聲音信號(hào)的峰值因子、峭度和偏度進(jìn)行判定， 若所述峰值因子、偏度、峭度S個(gè)值都不在設(shè)定的闊值范圍內(nèi)，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出 警報(bào)并將所述故障聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為故障聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述頻域判定子模 塊用于對(duì)原始聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化得到的聲音頻譜圖進(jìn)行判定，若聲音頻譜圖的特征頻率段和非 特征頻率段的聲壓均大于設(shè)定的聲壓闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出警報(bào)并將所述故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊；
[0009] 所述專家系統(tǒng)模塊中包含專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，所述專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存有不同軸 承故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖；專家系統(tǒng)模塊對(duì)判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行對(duì)比，判定故障類型;若沒有 對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖，無法確定故障類型，則工作人員對(duì)存在故障的軸承進(jìn)行檢查確定 故障類型，將故障聲音頻譜圖作為該故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖存儲(chǔ)于專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 中，更新專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；
[0010] 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于儲(chǔ)存試驗(yàn)基本信息和信號(hào)采集模塊采集到的原始數(shù)據(jù)信 息。
[0011] 本發(fā)明中所述原始聲音信號(hào)的峰值因子、峭度、偏度可由式（1)、（2)、（3)計(jì)算而 得：
[001引式中X功原始聲音信號(hào)，i = l~N，i為聲音采樣點(diǎn)序號(hào)，N為聲音采樣總點(diǎn)數(shù)，Ximax 為原始聲音信號(hào)的聲壓最大值，Ximin為原始聲音信號(hào)的聲壓最小值;E(Xi)為原始聲音信號(hào) Xi的數(shù)學(xué)期望值；￡如二，式中.
，則巧X,) = ，即E(Xi)為原始聲音信號(hào) Xi的平均聲壓值;RMS為原始聲音信號(hào)Xi的均方根，指是對(duì)N個(gè)采樣點(diǎn)的原始聲音信號(hào)Xi的平 方均值求二次根，即
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] -、系統(tǒng)通過分析時(shí)域和頻域特征來診斷軸承是否故障，比人工判定的準(zhǔn)確性更 加高，且對(duì)工人技能水平的要求不高，方便易操作。
[0018] 二、系統(tǒng)可W將采集到數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，并通過數(shù)據(jù)不斷提高專家系統(tǒng)判定軸 承故障類型的準(zhǔn)確度，同時(shí)數(shù)據(jù)還可W導(dǎo)入其他分析軟件，方便二次利用數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，本 發(fā)明所述時(shí)域判定子模塊設(shè)定的峰值因子闊值范圍為2~5,峭度闊值范圍為2.5~3.5,偏 度闊值范圍為-0.02~0.02。
[0019] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述頻域判定子模塊設(shè)定的特征頻率段和非特征頻率段的聲壓闊 值分別為0. 〇67pa和0.014pa。
[0020] 上述聲壓闊值和闊值范圍的設(shè)置有助于準(zhǔn)確判斷軸承是否出現(xiàn)故障。
[0021] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述專家系統(tǒng)模塊對(duì)判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行對(duì)比，判定故障類型的具體 做法是:專家系統(tǒng)模塊對(duì)判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行逐點(diǎn)一一對(duì)比，若頻譜圖中所有對(duì)應(yīng)點(diǎn)的整體重合 度達(dá)到設(shè)定值(對(duì)應(yīng)點(diǎn)的誤差在0.1% W內(nèi)，則判定對(duì)應(yīng)點(diǎn)重合），則判定故障類型即為所述 標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖對(duì)應(yīng)的故障類型，若故障聲音頻譜圖與多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖的重合度均達(dá) 到設(shè)定值，則判定故障類型為與所述故障聲音頻譜圖重合度最高的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖對(duì)應(yīng)的 故障類型；若沒有與所述故障軸承的聲音頻譜圖重合度達(dá)到設(shè)定值的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖，貝U 判定沒有對(duì)應(yīng)的故障類型，無法確定故障類型。
[0022] 運(yùn)樣可W簡單準(zhǔn)確地判斷故障聲音的故障類型。
[0023] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述專家系統(tǒng)模塊對(duì)判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行逐點(diǎn)一一對(duì)比判定故障類型 的重合度設(shè)定值為90 %~95 %。
[0024] 上述重合度設(shè)定值有助于準(zhǔn)確判斷軸承故障類型。
[0025] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述信號(hào)采集模塊還包括分布于跑合輪對(duì)左右兩個(gè)軸承箱的上 表面，用于檢測跑合過程中軸承箱表面的實(shí)時(shí)溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器與發(fā)射 裝置電連接，發(fā)射裝置將檢測到的原始溫度信號(hào)通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊;所述判定模塊還包括溫度判定模塊，所述溫度判定模塊用于對(duì)原始溫度信號(hào)進(jìn) 行判定，若溫度超過設(shè)定的溫升闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障并將故障聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊儲(chǔ)存的原始數(shù)據(jù)信息包括原始聲音信號(hào) 和原始溫度信號(hào)。
[00%]再進(jìn)一步，本發(fā)明所述溫度判定模塊設(shè)定的溫升闊值為40°C。
[0027] 通過溫度的監(jiān)測有助于整體判斷軸承的安全狀況。
[0028] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述信號(hào)采集模塊還包括分布于跑合輪對(duì)左右兩個(gè)軸承箱的上 表面，用于檢測跑合過程中軸承箱表面的環(huán)境濕度的濕度傳感器，所述濕度傳感器與發(fā)射 裝置電連接，發(fā)射裝置將檢測到的原始濕度信號(hào)通過有線或無線方式傳給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊； 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊儲(chǔ)存的原始數(shù)據(jù)信息包括原始聲音信號(hào)和原始濕度信號(hào)。
[0029] 通過濕度的監(jiān)測有助于整體判斷軸承的安全狀況。
[0030] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊儲(chǔ)存的試驗(yàn)基本信息包括檢測時(shí)間、跑合輪對(duì) 型號(hào)、跑合時(shí)長。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的整體系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的系統(tǒng)傳感器布設(shè)狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00削實(shí)施例一
[0034] 圖1，2示出，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是:一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，包括信 號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊包括用于檢測跑合過程中軸承發(fā)出的聲音信號(hào)的聲音傳感 器，所述信號(hào)采集模塊還包括與所述聲音傳感器電連接的發(fā)射裝置，用于將檢測到的原始 聲音信號(hào)通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
[0035] 所述判定模塊包括聲音判定模塊，所述聲音判定模塊包括時(shí)域判定子模塊和頻域 判定子模塊;所述時(shí)域判定子模塊用于對(duì)原始聲音信號(hào)的峰值因子、峭度和偏度進(jìn)行判定， 若所述峰值因子、偏度、峭度S個(gè)值都不在設(shè)定的闊值范圍內(nèi)，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出 警報(bào)并將所述故障聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為故障聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述頻域判定子模 塊用于對(duì)原始聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化得到的聲音頻譜圖進(jìn)行判定，若聲音頻譜圖的特征頻率段和非 特征頻率段的聲壓均大于設(shè)定的聲壓闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出警報(bào)并將所述故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;本例中聲音信號(hào)的采樣率48000,采樣點(diǎn)數(shù)4096,轉(zhuǎn)化為頻 譜圖為11.7化Z-個(gè)點(diǎn)。
[0036] 所述專家系統(tǒng)模塊中包含專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，所述專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存有不同軸 承故障類型