一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)和方法，包括軸承聲學(xué)診斷工作站、麥克風(fēng)、麥克風(fēng)攏音罩、麥克風(fēng)前置放大器；麥克風(fēng)位于麥克風(fēng)攏音罩內(nèi)，麥克風(fēng)攏音罩通過支撐架固定于軸承外側(cè)，麥克風(fēng)采集軸承聲音信號，形成麥克風(fēng)信號，經(jīng)過麥克風(fēng)前置放大器，輸入至軸承聲學(xué)診斷工作站；軸承聲學(xué)診斷工作站包括音頻信號采集卡，四個數(shù)字濾波器、共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器、專家系統(tǒng)；專家系統(tǒng)根據(jù)共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器計算得到待測軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子，得到待測軸承是否存在故障，以及故障類型。本發(fā)明通過采集轉(zhuǎn)動軸承的聲音特征判別軸承的各類故障。
【專利說明】一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛故障檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的鐵路車輛軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路車輛輪對軸承故障是列車運行中的主要故障源之一，也是影響列車安全的最大因素。與其它機械零部件相比，滾動軸承的一個顯著特點，就是其壽命的離散性很大，即用同樣的材料、同樣的加工工藝和生產(chǎn)設(shè)備制造出來的同一批軸承，在相同的工況條件下，其壽命也可能有較大的差別，有的軸承遠未達到設(shè)計壽命時就出現(xiàn)了各種故障，所以加強軸承的監(jiān)測和診斷，及時了解和掌握軸承的工作狀態(tài)，就可以盡量發(fā)揮軸承的工作潛力，避免或減少事故的發(fā)生，對列車的安全運行具有十分重要的意義。對軸承故障的診斷，現(xiàn)在國內(nèi)主要還是依靠操作工人的經(jīng)驗。工人手工旋轉(zhuǎn)軸承，人耳辨別軸承運轉(zhuǎn)中是否存在異音，手上感覺軸承運轉(zhuǎn)中是否有卡阻現(xiàn)象。這種檢測方式完全依賴于個人的經(jīng)驗和工作態(tài)度，結(jié)果具有很強的主觀性、隨意性。另一種對軸承故障的診斷方式是測量軸承高速旋轉(zhuǎn)時的溫升?，F(xiàn)有的輪對軸承磨合機上均安裝有紅外軸溫測量裝置。但是因為現(xiàn)有的輪對軸承磨合機無法對軸承施加載荷，軸承是在幾乎無載荷的情形下運轉(zhuǎn)的。這種運轉(zhuǎn)方式下，除非軸承出現(xiàn)特別嚴重的故障，否則軸溫不會顯著升高。因此，這種軸溫檢測方式基本上形同虛設(shè)，起不到應(yīng)有的作用。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有的軸承檢測方法均難以對大量待檢軸承進行快速、準備的診斷。亟需發(fā)展新型的貨車軸承故障診斷系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)和方法，在輪對軸承磨合機上通過增加聲學(xué)采集、處理系統(tǒng)，利用故障軸承聲音特征進行故障診斷。整套系統(tǒng)是在現(xiàn)有的輪對軸承磨合機的基礎(chǔ)上加以改造，利用輪對軸承磨合機本身的機械構(gòu)造，不改變其原有功能、指標，通過增加軸承聲音采集、分析軟硬件，實現(xiàn)軸承故障的聲學(xué)診斷。
[0005]一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，包括軸承聲學(xué)診斷工作站、麥克風(fēng)、麥克風(fēng)攏音罩、麥克風(fēng)前置放大器；
[0006]麥克風(fēng)位于麥克風(fēng)攏音罩內(nèi)，麥克風(fēng)攏音罩通過支撐架固定于軸承外側(cè)，麥克風(fēng)攏音罩的中軸線與軸承的中軸處于同一高度，麥克風(fēng)攏音罩開口方向正對軸承的外側(cè)端蓋；麥克風(fēng)米集軸承聲音信號，形成麥克風(fēng)信號，經(jīng)過麥克風(fēng)前置放大器，輸入至軸承聲學(xué)診斷工作站；
[0007]軸承聲學(xué)診斷工作站包括音頻信號采集卡，通頻帶為IKHz到5KHz的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為5KHz到IOKHz的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為IOKHz到15KHz的帶通數(shù)字濾波器、自定義通頻帶的帶通數(shù)字濾波器、共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器、專家系統(tǒng)；[0008]音頻信號采集卡采集麥克風(fēng)前置放大器輸出的音頻信號，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號分別輸入四個帶通數(shù)字濾波器，得到4組不同頻率段的濾波后信號；
[0009]濾波后信號輸入至共振包絡(luò)解調(diào)判別器，共振包絡(luò)解調(diào)判別器對4組濾波后信號進行處理，得到信號包絡(luò)波形，對包絡(luò)波形進行傅立葉變換，得到對應(yīng)的4組信號的包絡(luò)頻譜，輸入至專家系統(tǒng)；
[0010]濾波后信號還輸入至特征參量判別器，特征參量判別器計算得到波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子和形狀因子，輸入至送入專家系統(tǒng)；
[0011]專家系統(tǒng)根據(jù)共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器計算得到待測軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子，得到待測軸承是否存在故障，以及故障類型。
[0012]一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷方法，具體包括以下幾個步驟:
[0013]步驟一:利用輪對軸承磨合機驅(qū)動車輪；
[0014]步驟二:設(shè)置麥克風(fēng)；
[0015]步驟三:采集信號； [0016]步驟四:故障識別。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0018](1)本發(fā)明提出一種鐵路車輛輪對軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，通過采集轉(zhuǎn)動軸承的聲音特征綜合利用多種算法判別軸承的各類故障；
[0019](2)本發(fā)明提出的與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)是在現(xiàn)有的輪對軸承磨合機上增加聲學(xué)信號采集、分析裝置。可以同時對輪對軸承磨合機上多個軸承進行聲學(xué)診斷；
[0020](3)本發(fā)明提出的與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)采用共振包絡(luò)解調(diào)方法及聲學(xué)統(tǒng)計參量波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子和形狀因子綜合判定，有效判斷軸承各類故障，可對軸承剝離型故障、缺油故障、麻點、擦傷類損傷等進行診斷；
[0021](4)本發(fā)明提出的與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)在輪對軸承磨合機工作的同時進行診斷，不增加輪對檢修流水線的工作時間；
[0022](5)本發(fā)明提出的與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)為非接觸檢測，可以適應(yīng)各類復(fù)雜的工作環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1:與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2:與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)的聲音采集裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖3:與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)的信號處理流程圖。
[0026]圖中:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，包括軸承聲學(xué)診斷工作站、麥克風(fēng)、麥克風(fēng)攏音罩、麥克風(fēng)前置放大器； 麥克風(fēng)位于麥克風(fēng)攏音罩內(nèi)，麥克風(fēng)攏音罩通過支撐架固定于軸承外側(cè)，麥克風(fēng)攏音罩的中軸線與軸承的中軸處于同一高度，麥克風(fēng)攏音罩開口方向正對軸承的外側(cè)端蓋；麥克風(fēng)采集軸承聲音信號，形成麥克風(fēng)信號，經(jīng)過麥克風(fēng)前置放大器，輸入至軸承聲學(xué)診斷工作站； 軸承聲學(xué)診斷工作站包括音頻信號采集卡，通頻帶為IKHZ到5KHZ的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為5KHz到IOKHz的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為IOKHz到15KHz的帶通數(shù)字濾波器、自定義通頻帶的帶通數(shù)字濾波器、共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器、專家系統(tǒng)； 音頻信號采集卡采集麥克風(fēng)前置放大器輸出的音頻信號，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號分別輸入四個帶通數(shù)字濾波器，得到4組不同頻率段的濾波后信號； 濾波后信號輸入至共振包絡(luò)解調(diào)判別器，共振包絡(luò)解調(diào)判別器對4組濾波后信號進行處理，得到信號包絡(luò)波形，對包絡(luò)波形進行傅立葉變換，得到對應(yīng)的4組信號的包絡(luò)頻譜，輸入至專家系統(tǒng)； 濾波后信號還輸入至特征參量判別器，特征參量判別器計算得到波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子和形狀因子，輸入至送入專家系統(tǒng)； 專家系統(tǒng)根據(jù)共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器計算得到待測軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子，得到待測軸承是否存在故障，以及故障類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，所述的自定義通頻帶的帶通數(shù)字濾波器的通頻帶根據(jù)待測輪對軸承的種類和現(xiàn)場噪聲頻帶確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷系統(tǒng)，所述的專家系統(tǒng)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，前期通過采集的既有各類故障軸承的音頻信號，經(jīng)過四個數(shù)字濾波器的濾波處理，輸入共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器，計算得出各類故障軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子；將各類故障軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本進行訓(xùn)練，完成專家系統(tǒng)對內(nèi)外圈滾子剝離故障、缺油故障、麻點、擦傷型故障識別模型的建立。
4.一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷方法，具體包括以下幾個步驟: 步驟一:利用輪對軸承磨合機驅(qū)動車輪； 輪對軸承磨合機包括傳動輪、軸承、輪軸、車輪，兩個車輪固定在輪軸兩端，軸承固定在車輪外側(cè)，輪對軸承磨合機通過傳動輪驅(qū)動車輪、輪軸高速旋轉(zhuǎn)，軸承外圈固定不動；步驟二:設(shè)置麥克風(fēng)； 麥克風(fēng)固定于麥克風(fēng)攏音罩中，麥克風(fēng)攏音罩位于軸承外側(cè)，麥克風(fēng)攏音罩的中軸線與軸承的中軸處于同一高度，麥克風(fēng)攏音罩開口方向正對軸承的外側(cè)端蓋； 步驟三:采集信號； 麥克風(fēng)米集軸承聲音信號，生成麥克風(fēng)信號，經(jīng)過麥克風(fēng)前置放大器進行放大、濾波后， 輸出至軸承聲學(xué)診斷工作站的音頻信號采集卡； 步驟四:故障識別；軸承聲學(xué)診斷工作站包括音頻信號采集卡，通頻帶為IKHz到5KHz的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為5KHz到IOKHz的帶通數(shù)字濾波器、通頻帶為IOKHz到15KHz的帶通數(shù)字濾波器、自定義通頻帶的帶通數(shù)字濾波器、共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器、專家系統(tǒng)； 自定義通頻帶的帶通數(shù)字濾波器的通頻帶根據(jù)待測輪對軸承的種類和現(xiàn)場噪聲頻帶確定； 音頻信號采集卡采集麥克風(fēng)前置放大器輸出的音頻信號，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，將數(shù)字信號輸入四個帶通數(shù)字濾波器，得到4組不同頻率段的濾波后信號； 濾波后信號輸入至共振包絡(luò)解調(diào)判別器，共振包絡(luò)解調(diào)判別器對4組濾波后信號分別處理，得到信號包絡(luò)波形，對包絡(luò)波形進行傅立葉變換，得到對應(yīng)的4組信號的包絡(luò)頻譜，輸入至專家系統(tǒng)； 同時，濾波后信號輸入至特征參量判別器，特征參量判別器計算得到波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子 和形狀因子，輸入至送入專家系統(tǒng)； 波峰因子為..
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種與輪對軸承磨合機聯(lián)用的軸承聲學(xué)診斷方法，步驟四中，專家系統(tǒng)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，前期通過采集的既有各類故障軸承的音頻信號，經(jīng)過四個數(shù)字濾波器濾波處理，輸入共振包絡(luò)解調(diào)判別器、特征參量判別器，計算得出各類故障軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子；將各類故障軸承的包絡(luò)頻譜、波峰因子、余隙因子、沖擊因子、峭度因子、形狀因子作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本進行訓(xùn)練，完成專家系統(tǒng)對內(nèi)外圈滾子剝離故障、缺油故障、麻點、擦傷型故障識別模型的建`立。
【文檔編號】G01M13/04GK103969046SQ201410213304
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】李淵, 張益 , 陳曦, 周毛毛, 袁高斌, 陳佳斌, 姚劍博, 周立瑋 申請人:北京康拓紅外技術(shù)股份有限公司