專利名稱：一種機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鐵路機(jī)車渦輪增壓器維護(hù)和檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及機(jī)車 及車輛上動(dòng)力裝置的輔助設(shè)備，特別涉及一種針對(duì)機(jī)車渦輪增壓器的故障 測(cè)試診斷儀。
背景技術(shù)：
隨著列車不斷提速，對(duì)機(jī)車運(yùn)行的安全性和可靠性提出了更高的要求。從內(nèi)燃機(jī)車的使用現(xiàn)狀來(lái)看，在提速機(jī)車中由于渦輪增壓器故障造成的機(jī) 破，已占柴油機(jī)途中故障一半左右。并且渦輪增壓器一旦發(fā)生故障，機(jī)車 就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的功率不足現(xiàn)象，不僅會(huì)造成機(jī)破，而且會(huì)出現(xiàn)冒黑煙、噴 火等現(xiàn)象，造成空調(diào)客車車廂內(nèi)積聚大量濃煙，嚴(yán)重?fù)p害旅客的身體健康， 損害了鐵路運(yùn)輸?shù)男蜗?。由于渦輪增壓器轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障原因多， 很難分析故障源頭。而現(xiàn)有的檢測(cè)儀器不能準(zhǔn)確診斷故障隱患及故障點(diǎn)， 難以制定出十分有效的防范措施。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種科學(xué)、可靠、預(yù)防渦輪增壓器的大 破損，可準(zhǔn)確查明故障原因的機(jī)車渦輪增壓器故障測(cè)試診斷設(shè)備——機(jī)車 渦輪增壓器故障檢測(cè)儀。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀，由ICP加速度傳感器、電渦流傳感器、積分器、信號(hào)放大器、低通濾波器、包絡(luò)解調(diào)器、抗混濾波器、多路開關(guān)、A / D轉(zhuǎn)換裝置、振動(dòng)頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)組成；若干個(gè)并聯(lián) 的ICP加速度傳感器電連接積分器，接下依次的電路連接關(guān)系為積分器 連接信號(hào)放大器，信號(hào)放大器連接低通濾波器，低通濾波器連接包絡(luò)解調(diào)器，包絡(luò)解調(diào)器連接抗混濾波器，上述電路器件通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器與振動(dòng) 頻譜分析系統(tǒng)相連接；電渦流傳感器通過(guò)TTL電平與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相 連接，振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)包括嵌入式計(jì)算機(jī)的微處理系統(tǒng)以及采用的相關(guān) 軟件程序。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)機(jī)車渦輪增壓器的長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)總結(jié)了渦輪增壓 器所表現(xiàn)出的絕大部分故障如轉(zhuǎn)子不平衡、葉片掉塊、積炭、漏油、不對(duì) 中、葉片掃膛等，及其故障早期在振動(dòng)上的反映。在累積大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 基礎(chǔ)上，采用四個(gè)振動(dòng)極值界限(分別為徑向低頻、徑向高頻、軸向低 頻和軸向高頻)和四種特征頻譜線(分別為低頻軸系不平衡、不對(duì)中譜 線，高頻松動(dòng)和碰摩特征頻譜線)這一綜合而獨(dú)特判別方法對(duì)機(jī)車渦輪增 壓器異常情況做出判斷，確定渦輪增壓器振動(dòng)報(bào)警門限值，對(duì)渦輪增壓器 危害較大的幾種故障給出有效的故障判斷參量或診斷模式。配合該模式， 提供了機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀。本實(shí)用新型能夠有效預(yù)防增壓器大破 損，準(zhǔn)確查明故障原因，具有科學(xué)分析、判斷準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、使用方便 等一系列優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)車渦輪增壓器的檢修過(guò)程中發(fā)揮極為顯著的良好效果。


圖1為本實(shí)用新型的故障檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)原理圖即結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實(shí)用新型的實(shí)際使用時(shí)的操作程序圖；具體實(shí)施方式
參見上述附圖，本實(shí)用新型的裝置由ICP加速度傳感器、電渦流傳感 器、積分器、信號(hào)放大器、低通濾波器、包絡(luò)解調(diào)器、抗混濾波器、多路 開關(guān)、A / D轉(zhuǎn)換裝置、振動(dòng)頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)組成，其中ICP加 速度傳感器、積分器、信號(hào)放大器、低通濾波器、包絡(luò)解調(diào)器通過(guò)A/D轉(zhuǎn) 換器與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接；電渦流傳感器通過(guò)TTL電平與振動(dòng)頻譜 分析系統(tǒng)相連接，振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及嵌入其中的振 動(dòng)頻譜分析程序構(gòu)成。與裝置相適應(yīng)，本實(shí)用新型還提供了供渦輪增壓器故障檢測(cè)用計(jì)算機(jī) 軟件，其程序主要包括有1 )讀入傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)；2)振動(dòng)數(shù)據(jù)與設(shè)定 的門限值進(jìn)行比較，小于等于門限值則認(rèn)定增壓器狀態(tài)正常，并直接輸入 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；大于則認(rèn)定增壓器狀態(tài)不正常，進(jìn)入下一程序；3 )輸入 專家系統(tǒng)，判斷增壓器故障；4 )數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；5 )打印結(jié)果，結(jié)束。本實(shí)用新型各部分的進(jìn)一步詳述如下本實(shí)用新型機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀由硬件和軟件兩大部分組成。 硬件系統(tǒng)可由嵌入式計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制計(jì)算機(jī))、觸摸屏、采集板、傳感器等部件組成。軟件系統(tǒng)由Labview語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，用Access進(jìn)行數(shù)據(jù)管 理，頻譜分析系統(tǒng)采用Labview語(yǔ)言編寫，具有強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析功能。 本實(shí)用新型構(gòu)思具有獨(dú)創(chuàng)性的；然而從總體構(gòu)思出發(fā)，檢測(cè)儀在結(jié)構(gòu)上則 是組合各種己有的先進(jìn)技術(shù)而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的，故這一部分可以認(rèn)定為一 種組合實(shí)用新型。機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀系將振動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與控制、振動(dòng)頻 譜分析、數(shù)據(jù)庫(kù)(包括專家系統(tǒng))和外部設(shè)備等多項(xiàng)己知先進(jìn)技術(shù)和部件 有機(jī)地結(jié)合在一起制成的，它具備振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、判斷分析、惰轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè) 量、數(shù)據(jù)管理等功能。下面就分別地將上述各項(xiàng)技術(shù)予以公開，重點(diǎn)是數(shù) 據(jù)采集與控制系統(tǒng)和振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)。(一) 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)依序由傳感器、恒流電壓源、電荷放大器、矢量濾波器等部體構(gòu)成并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接。傳感器選擇用ICP加速度傳感器時(shí)，不加積分即為加速度信號(hào)， 一次 積分為速度信號(hào)。分析頻率范圍的100Hz到50KHZ ，頻譜譜線數(shù)為100 - 3200 ，對(duì)應(yīng) 的采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)為采樣點(diǎn)數(shù)=2 . 56x譜線數(shù)。放大器分為自動(dòng)放大和固定放大兩種選擇，當(dāng)所測(cè)的信號(hào)幅值穩(wěn)定時(shí)， 宜采用自動(dòng)放大，當(dāng)所測(cè)信號(hào)幅值不穩(wěn)定時(shí)，宜采用固定倍數(shù)放大。(二) 振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng) 振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分如圖4所示包括嵌入式主機(jī)系統(tǒng)，可以采用研祥系列工控 用主機(jī)板如CHAZ 1 541研祥嵌入式主機(jī)板。板上有集成低功耗 AV1300MHzCPU 、 一個(gè)144PINSDRM插槽，安裝128MSDRM內(nèi)存。系統(tǒng)芯片 采用VT8606系列系統(tǒng)芯片。BIOS采用Award ACPI BIOS ， SSD :板上集 成Compact Flash插座支持CF / SM卡。LAN :采用Intel82559網(wǎng)絡(luò)芯 片，支持10八00M以太網(wǎng)絡(luò)。10接口提供一個(gè)并口 (LPT)，兩個(gè)串口 (RS — 232 )，兩個(gè)USB 口， 一個(gè)鍵盤鼠標(biāo)接口 (KB / PS )。顯示 系統(tǒng)采用53 Savage顯示芯片，支持普通顯示器(CRT )和液晶顯示器(LCD ) 顯示輸出。軟件部分可以安裝WinXPe操作系統(tǒng)(目前使用較為方便)，也可以選 用其它操作系統(tǒng)。分析軟件分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)安裝在嵌 入式便攜檢測(cè)儀中，主要用于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試和簡(jiǎn)單分析；上位機(jī)安裝于筆記 本電腦或者臺(tái)式機(jī)中，用于對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行全面詳盡的分析，觀察和打印 輸出。用本實(shí)用新型的發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器故障檢測(cè)儀對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行測(cè)試診斷 時(shí)(如圖2所示)，可按下述步驟進(jìn)行(1) 啟動(dòng)儀器，采集信號(hào)啟動(dòng)儀器主機(jī)，雙擊5600圖標(biāo)，此時(shí)觸摸屏將顯示測(cè)試儀器的主界面 (見圖6)。主界面顯示六大功能模塊設(shè)備管理、增壓器診斷、振動(dòng)數(shù)據(jù) 采集、振動(dòng)數(shù)據(jù)回放、惰轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)量和惰轉(zhuǎn)時(shí)間回放。測(cè)試者可以點(diǎn)擊窗 體上的按鈕在各功能模塊之間切換或退出系統(tǒng)。單擊設(shè)備管理鍵，進(jìn)入設(shè)備管理操作界面(見圖7)在增壓器數(shù)據(jù)管理 欄輸入機(jī)車號(hào)、車型、增壓器型號(hào)、增壓器編號(hào)和檢測(cè)日期。將四個(gè)傳感器連接線檢測(cè)觸頭(自身帶有8千克力磁鐵，可吸附在增 壓器渦殼上)同時(shí)吸附在前后增壓器上，每個(gè)增壓器兩個(gè)觸頭，水平與軸 向各一個(gè)。退出設(shè)備管理，單擊振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，進(jìn)入振動(dòng)數(shù)據(jù)采集界面。 柴油機(jī)升至1000轉(zhuǎn)/分，自負(fù)荷3分鐘，進(jìn)行采集振動(dòng)信號(hào)。 退出振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，單擊惰轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)量鍵，進(jìn)入惰轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)量界面。 按下柴油機(jī)停車按鈕，同時(shí)單擊測(cè)試儀開始采集鍵，采集惰轉(zhuǎn)時(shí)間。(2) 診斷故障，數(shù)據(jù)回放退出數(shù)據(jù)采集，進(jìn)入主界面，單擊增壓器診斷鍵進(jìn)入增壓器自診斷界 面，察看增壓器工作狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)的時(shí)域波形、頻譜波形分析，單擊診 斷鍵査看診斷結(jié)論。退出增壓器診斷，單擊惰轉(zhuǎn)時(shí)間回放，察看增壓器惰轉(zhuǎn)時(shí)間，判斷軸承潤(rùn)滑情況。退出惰轉(zhuǎn)時(shí)間回放，單擊振動(dòng)數(shù)據(jù)回放，察看采集的振動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù) 回放提供四種査詢方式按設(shè)備名稱、按設(shè)備編號(hào)、按測(cè)點(diǎn)名稱、査詢?nèi)?部信息。先選擇査詢條件，再輸入査詢內(nèi)容。單擊"查詢"按鈕，要查找 的數(shù)據(jù)便會(huì)在信息列表中列出。(3) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，打印入庫(kù)。 打開微機(jī)地面分析系統(tǒng)，輸入單位名稱及密碼。此時(shí)微機(jī)將顯示出測(cè)試儀器的主界面。主界面顯現(xiàn)九大功能模塊設(shè) 備管理、增壓器信息管理、惰轉(zhuǎn)時(shí)間回放、振動(dòng)數(shù)據(jù)回放、增壓器診斷、 診斷結(jié)論管理、數(shù)據(jù)維護(hù)、使用單位設(shè)置和其它56設(shè)置。測(cè)試者可以點(diǎn)擊 窗體上的按鈕在各功能模塊之間切換或退出系統(tǒng)。按數(shù)據(jù)維護(hù)鍵進(jìn)入數(shù)據(jù)導(dǎo)入，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)至地面分析系統(tǒng)。退出數(shù)據(jù)維護(hù)，進(jìn)入主界面，按增壓器診斷鍵進(jìn)入增壓器狀態(tài)欄界面， 對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行精密診斷，確定故障原因、部位。單擊診斷結(jié)果打印鍵，可打印診斷結(jié)果。單擊診斷結(jié)果入庫(kù)鍵，將診斷結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫(kù)。(4) 退出系統(tǒng)，關(guān)閉儀器當(dāng)檢測(cè)完畢后，即可退出系統(tǒng)，關(guān)閉儀器。此時(shí)可以清理好所安裝的 各種傳感器，以備下次使用。本實(shí)用新型所提供的機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀在實(shí)際使用中極為有 效。在濟(jì)南鐵路局濟(jì)南機(jī)務(wù)段，由于使用了本實(shí)用新型的技術(shù)，可以診斷 渦輪增壓器質(zhì)量隱患，基本控制不合格渦輪增壓器的機(jī)車上線運(yùn)行，大大 降低渦輪增壓器故障率，減少事故的發(fā)生，發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì) 效益。
權(quán)利要求1.一種機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀，其特征在于該裝置由ICP加速度傳感器、電渦流傳感器、積分器、信號(hào)放大器、低通濾波器、包絡(luò)解調(diào)器、抗混濾波器、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換裝置、振動(dòng)頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)組成；若干個(gè)并聯(lián)的ICP加速度傳感器電連接積分器，接下依次的電路連接關(guān)系為積分器連接信號(hào)放大器，信號(hào)放大器連接低通濾波器，低通濾波器連接包絡(luò)解調(diào)器，包絡(luò)解調(diào)器連接抗混濾波器，上述電路器件通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接；電渦流傳感器通過(guò)TTL電平與振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)相連接，振動(dòng)頻譜分析系統(tǒng)包括嵌入式計(jì)算機(jī)的微處理系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)車渦輪增壓器故障檢測(cè)儀，由ICP加速度傳感器、電渦流傳感器、積分器、信號(hào)放大器、低通濾波器、包絡(luò)解調(diào)器、抗混濾波器、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換裝置、振動(dòng)頻譜分析和微機(jī)處理系統(tǒng)組成。其中微機(jī)內(nèi)安有專供渦輪增壓器檢測(cè)用的計(jì)算機(jī)軟件。本實(shí)用新型的檢測(cè)儀能滿足新形勢(shì)下機(jī)車運(yùn)行、檢修發(fā)展的要求，減少渦輪增壓器事故的發(fā)生，保障機(jī)車的運(yùn)行安全；可以量化評(píng)估每臺(tái)機(jī)車增壓器的實(shí)際狀態(tài)，為增壓器、機(jī)車柴油機(jī)甚至整個(gè)機(jī)車的維修工作提供有效的依據(jù)，具有極大的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G07C3/00GK201111165SQ20072017567
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者喬文生 申請(qǐng)人:北京京航公司