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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)為機車軸承設計故障診斷監(jiān)控系統(tǒng) 摘要 滾動 軸承是機車運行組件的關鍵部件之一 ,因為它直接關系到機車的性能和安全。在本文章中 ,監(jiān)控系統(tǒng)為機車軸承基于 個系統(tǒng)使用振動分析方法來診斷滾動軸承的故障。它是在全面的共振解調(diào)和快速傅立葉變換技術(shù)基礎上 ,采用”相關的方法”來處理 有效的提高了軸承故障監(jiān)控系統(tǒng)的反應特性 ,靈敏度 ,辨別和測量精度 ,它可以預測火車頭運行中的故障和監(jiān)測瞬態(tài)故障。 關鍵詞 : 共振解調(diào)技術(shù)；數(shù)字信號處理器；相關方法 1 引言 列車有較高的安全需求是因為它的速度在不斷提高。軸承故障是造 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器來監(jiān)察機車軸承的狀況。理論分析和大量的實踐證明 ,軸承溫度探測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溫度是不敏感的。當軸承的溫度超過范圍系統(tǒng)將發(fā)出警報 ,但不幸的是這時候軸承損傷已經(jīng)發(fā)生 ,甚至是事故已發(fā)生。因此 ,為了更早期更準確的找到故障 , 必須采用更先進的監(jiān)測系統(tǒng)。大部分的軸承故障對振動信號非常的敏感。故障可能會導致軸承的振動增加。經(jīng)分析和處理結(jié)果表明與監(jiān)測軸承溫度相比振動信號比溫度的手段有更多的優(yōu)勢。 2 系統(tǒng)的組 成和工作過程 根據(jù)需要 ,監(jiān)視器的軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)為機車軸承配置了兩套偵測系統(tǒng) : 測是用在正常情況條件下 ,而固定檢測用在軸承故障的連續(xù)檢測。這個系統(tǒng)采用特殊復合傳感器在同一時間收集軸承的振動和溫度信號。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理 ,將獲得相應的故障水平和上升了的溫度。在這個系統(tǒng)中設計數(shù)據(jù)采集單元。報警信息通過接口會傳送至所有的車廂 ,使工作人員可以及時的處理 ,與此同時 ,故障數(shù)據(jù)和列車的相關信息如目前的位置和速度將通過全球定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)交給派遣中心 ,派遣中心將采用相應的 措施 。 調(diào)度中心 統(tǒng) 工業(yè)計算機 文書資料 儀器的故障診斷 儀器的故障診斷 ………. 3 為監(jiān)控系統(tǒng)設計的關鍵技術(shù) 譜分析 在正常情況下 ,滾動軸承的各部分 (內(nèi)圈 ,外圈 ,滾動體 ,保持架 )將保持相對穩(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 ,這時瞬時脈沖振動必須開啟。 假設在軸承中滾動體的數(shù)量為 Z；滾動體的直徑為 d；軸承的內(nèi)圈和外圈的平均直徑為 D；軸承的頻率是0f。假設內(nèi)圈是固定的 ,外圈是回轉(zhuǎn)的 ,振動頻率可以通過不同軸承零件的表面缺陷得到。 ? ? )(21 01 內(nèi)圈? ? ? )(21 01 外圈? ? ? )(]1[ 021 滾動體? 這些頻率可以被稱為內(nèi)圈 ,外圈和滾動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信號 ,并使用包絡線探測器檢測故障信號的包絡線 , 包絡線探測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)”。一個零件的表面 ,如滾動軸承的內(nèi)圈 ,外圈和滾動體極易在運作的過程中損壞 (如點蝕 ,剝落 ,裂縫和劃痕等 )。如果一些軸承零件的表面在操作過程中有局部損傷和壓力機故障斑點 ,必然會給操作帶來影響。如果影響持續(xù)的時間很短 ,而且能源分歧的頻率范圍是廣泛的 ,那么振動頻率的能源與范圍是小的。由于帶寬的寬的脈沖 ,它理所應當?shù)陌斯逃懈哳l率的振動 ,通過滾動軸承的內(nèi)圈 ,外圈 ,滾動體和保持架的固有頻率。共振解調(diào)信號被分離是通過帶通濾波器的中心頻率和它的固有頻率相等實現(xiàn)的。然后包絡線解調(diào)是通過有衰解振動波使用的軟件或電路開展的 ,抹掉高頻率衰解振動中的高頻成分。我們只獲得低頻包絡信號的故障特征的信息。包絡信號的頻譜分析是通過數(shù)字信號處理器來進行的 ,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) ,電動諧振器的共振頻率的設計高于正常的振動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包括正常的振動信號。共振回應放大信號振幅的脈沖信號和它的振蕩時間加長。因此 ,故障信號是擴大在時域上的信號。在包絡檢測和低通過濾器之后 ,低頻共振解調(diào)信號高噪聲信號比被輸出。信號處理系統(tǒng)如圖 2 所示。 在軸承組件帶來共振的影響下，形成的振蕩不斷衰減。通過研究每個衰減振蕩，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度的影響 。振幅包絡信號的衰減振蕩反映故障的大小，而且頻密的重復程度取決于對故障的定位。系統(tǒng)有抗干擾低頻振動，高信號與噪聲的比例的表現(xiàn)。 絡檢測 軸承故障在軋制過程中經(jīng)常回引起震動。不同的故障有不同的字頻。該字頻系統(tǒng)檢測是包絡信號的頻率 (這個頻率被積累通過對軸承元件碰撞的故障 )，而不是軸承的振動頻率。當我們分析故障信號，共振頻率 (載波 )必須除去包絡解調(diào)。因為包絡信號已充分包括了所有故障的信息，消除載波，將不會有任何不利于分析的影響。 4 硬件和軟件設計 硬件框圖如圖 3所示 該電路包括 兩部分 :振動信號預處理和軸承狀態(tài)分析。信號預處理部分符合信號的擴增，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，”相關法”處理，故障分級處復合式傳感器 頻率帶通濾波器 溫度信號處理 包絡檢測 數(shù)字信號處理器 故障振動信號 溫度信號 包絡信號 圖 2 信號預處理 軸承溫度和空氣溫度差分放大器 復合傳感器 振動信號放大器 頻帶濾波器 包絡檢測 低頻通濾波器 鍵盤 液晶顯示器 數(shù)字信號處理器 串行通信 報警 圖 3 軸承故障監(jiān)測硬件框圖 理，軸承狀況報告和與周邊設備溝通等。 實現(xiàn) 要有 3 種 法 :1、只包括加法和減法，沒有運作的復數(shù)旋轉(zhuǎn)因子。 2、包括運作的復數(shù)旋轉(zhuǎn)因子。 3、比特位置反演的運作。通過這樣的數(shù)據(jù)處理，振動元件計算在 的工作量明顯減少。系統(tǒng)反應的時間可以得到改進。 模塊化設計是通過軟件的設計來實現(xiàn)的，軟件的設計包括振動信號的集合和溫度增量信號， A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)預處理， 換，計算功率譜，故障分級的判斷，保存數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)。任務調(diào)度是通過事件觸發(fā)和時間觸發(fā)這種方式進行的。用來消除干擾，”相關的意思是” 換的結(jié)果進行處理，以保證故障回升信號有效。 5 結(jié)語 振動處理的 法是采用系統(tǒng)設計，在同一時間差溫測量方法中加入綜合評定的系統(tǒng)。高能力的 成信號處理。這個系統(tǒng)可以滿足實時處理的要求。它結(jié)合機車監(jiān)控和地面分析監(jiān)測振動的信號和溫度。早期診斷和報警裝置為機車軸承故障提供保障能保證機車運行安全。 參考資料 [1] 王德志 . 診斷和保持軋制軸承 [M]. 北京： 中國鐵道出版社， 1994 [2] 石華豐，殷存毅華 . 故障診斷機車軸承 [j]. 電氣傳動機車， 2004 [3] 梅紅冰 . 振動監(jiān)測與診斷滾動軸承 [M]. 北京：中國機械出版社， 1996 [4] 梅紅冰 . 故障診斷滾動軸承使用包絡分析，軸承， 1993 [5] 馮耿賓 . 振動診斷技術(shù)的研究機車故障 [M]. 北京：中國鐵道出版眾議院， 1994 [6] 姜思米 . 硬件開發(fā) M]. 北京：中國機械出版社， 2003 [7] 慶袁 . 應用設計 M]. 北京： 中國機床出版社， 2003