专利名称：铁路货车滚动轴承故障检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种基于声发射检测原理的用于铁路货车滚动轴承的故障检测方法及相应装置，该检测装置在铁路货车处于列检和站修工况时，采用手动或其它驱动设备使轴承外环旋转，对滚动轴承不拆卸、不解体，在低速转动滚动轴承情况下，能够识别影响铁路货车正常运行的轴承的重大故障。
背景技术：
目前在铁路货车车辆检修(站修)中主要靠检测人员手工转动滚动轴承凭手感来判断轴承是否有故障；另外在站修中也有采用专用设备对货车轮对中的滚动轴承进行模拟加载并高速旋转的方法来识别滚动轴承中的故障；在车辆运行中主要采用红外线轴温探测设备进行高温轴承预报。上述检测方法存在以下问题一是人工检测判断故障轴承随意性大，故障的正确识别率不稳定，主要依赖于工作者的经验是否丰富和人的多种因素；二是采用轮对轴承高速转动并同时加载的方法对轴承故障检测时所需设备庞大(参见实用新型专利97238572.X，95222449.6和90215977.1)、检测过序复杂、效率低、识别成功率不高；三是红外线预报高温轴承的故障正确率极低，主要原因是红外线预报是对轴承温度预报(参见实用新型专利87211532和87207636)，而不是直接对轴承故障的检测。目前还没有发现适合于列检工况条件下的滚动故障故障诊断装置或仪器设备。
发明内容
为了克服现有铁路货车滚动轴承故障方法和装置诊断识别成功率不高、识别成功率不稳定、检测过程和操作复杂、效率低、设备庞大、不适合用于列检工况等不足，本发明专利描述了一种利用声发射原理检测铁路货车滚动轴承重大故障的方法和在此方法基础上研制的检测装置。当滚动轴承内部出现保持架断裂、滚动体不转动或内外滚道出现较大凹坑、凸起和金属夹杂物时，在轴承转动情况下，断裂的保持架与滚动体和内外滚道发生摩擦磨损，或，不转动的滚动体与保持架内外滚道发生摩擦磨损，或，内外滚道出现的较大凹坑、凸起和金属夹杂物会引起滚动体对滚道的冲击，上述摩擦磨损和机械冲击产生一种弹性应力波，称为声发射波，由于这种应力波的频带极宽，因此利用其高频部分，同时，采用对应力波波形宽度和应力波数量识别的办法，可以有效的去除现场的工频、电弧和机械冲击等干扰，提高滚动轴承重大故障的检测成功率。
检测方法为由声发射敏感元件或传感器将滚动轴承故障产生的弹性应力波信号转换为电信号，经前置放大器进行阻抗变换和放大处理后，由带通滤波器滤除低频干扰信号，经包络分析器提取高频故障信号的缓变趋势信号，在经低通滤波器滤除缓变趋势信号中的高频杂波后，由故障识别器进行滚动轴承重大故障判断，为去除外界机械冲击和电脉冲的干扰，由计数器进一步判断是否为重大故障，在重大故障发生时，检测装置给出声光报警指示。详细设计如下声发射敏感元件或传感器滚动轴承的声发射故障信号的频谱特征大多数在50kHz至500kHz之间，在这个频段内，故障信号变化较敏感，采用特殊技术制造传感器。
前置放大器起到传感器输出和后续处理电路的阻抗匹配和信号放大作用，由于声发射电信号非常微弱(μV级)，且传感器输出阻抗很大，因此，需要高信噪比和高增益专用前置放大集成电路。
带通滤波器前置放大器的输出信号含有大量工频干扰信号和无关的高频电噪音，经过50kHz至500kHz的带通滤波器处理后，可有效剔除工频和超高频干扰，保障声发射故障信号的信噪比较高。
包络分析器和低通滤波器经带通滤波器的声发射故障信号，经包络分析器和低通滤波器处理后，可进一步剔除时域尖峰信号的干扰，为后续故障识别器提供较稳定的识别信号。
故障识别器采用双阈值法识别轴承有无重大故障，即对故障信号的幅度和宽度分别设立独立阈值，因为轴承定性故障基本表现为机械冲击而产生的脉冲电信号，此信号具有一定的幅值高度和时域宽度，设定幅度阈值是用于识别故障的严重程度，设定时域宽度阈值是用于剔除外界电脉冲产生的尖峰干扰，识别有一定时域宽度的故障信号；一般情况下，轴承故障越严重，在轴承转动时，表现出的机械冲击强度越大，产生的声发射能量也越大，表现出的故障信号时域宽度也越宽，因此，时域宽度阈值的设定一方面进一步有效剔除外界干扰，另一方面也进一步识别故障的严重程度。对这两种阈值判别器的输出采用逻辑“与”的方法，即两者均满足条件时，即认为故障确实发生，因此，这种方法不仅能有效地识别故障严重程度，而且极大地防止误报。
计数器用于防止外界噪声信号的干扰。当声发射信号超过阈值多次后才报警，极大地提高了检测装置的容错能力。
图1为列检工况时滚动轴承故障检测装置安装示意图。1为铁路货车车轴；2为滚动轴承；3为轴承端盖；4为本发明专利描述的故障检测装置，它通过4底部的磁钢与轴承端盖的三个螺栓帽紧密接触。
图2为列检工况时滚动轴承故障检测装置操作面板示意图。1为故障检测装置电源工作指示灯，电源开关处于开的状态时，该灯亮；2为内部电池电源不足指示灯，电源不足时，该灯亮；3为报警指示灯，当检测到有故障时，该灯亮；4为报警复位键，用于清除报警状态，恢复到正常检测状态；5为电源开关。
图3为列检工况用滚动轴承故障检测装置内部结构示意图。1为图2所示的操作面板；2为内部电池组；3为故障检测装置外壳；4为具有信号处理和故障识别功能的电路板；5为磁钢；6为拾取声发射信号的敏感元件。
图4为站修工况时滚动轴承故障检测装置安装示意图。1为铁路货车车轴；2为滚动轴承；3为轴承端盖；4为本发明专利描述的站修工况用故障检测装置的声发射传感器，它通过4底部的磁钢与轴承端盖的一个螺栓帽紧密接触；5为信号电缆；6为检测装置；7为轴承端盖三个螺栓帽中的两个螺栓帽。
图5为站修工况用滚动轴承故障检测装置用声发射传感器结构示意图，1为声发射传感器外盖；2为电缆端子；3为传感器外壳；4为具有前置变换和放大的电路板；5和6为磁钢；7为拾取声发射信号的敏感元件。
具体实施例方式
为了实现上述检测方法，设计了一种安装简洁、操作方便、重量轻、识别成功率高的适合于列检和站修工况下的铁路货车滚动轴承故障检测装置。该检测装置依靠底面外部凹陷处和内部的磁吸部件与货车轮对两端轴承附近的三个螺栓头的平面密贴，同时，密贴处涂抹少许耦合介质；无论用于列检和站修工况，均使用铁路相关部门提供的专用装置使轴承外环处于自由旋转状态，对于列检工况，只需手工以40～60转/分的速度转动轴承外环，对于站修工况，借助机械驱动装置使轴承外环以100～150转/分速度转动；检测装置在工作时，依靠在该装置底面内部的敏感元件拾取轴承故障发出的弹性应力波并转换为电信号输出到前置放大器、信号调理电路和识别判断电路，最后，以声光报警的方式显示滚动轴承有无重大故障，重大故障的判别依据在大量的实验数据基础上确定的。
权利要求
1.本发明专利描述的声发射检测方法为由声发射敏感元件或传感器将滚动轴承故障产生的弹性应力波信号转换为电信号，经前置放大器进行阻抗变换和放大处理后，由带通滤波器滤除低频干扰信号，经包络分析器提取高频故障信号的缓变趋势信号，在经低通滤波器滤除缓变趋势信号中的高频杂波后，由故障识别器进行滚动轴承重大故障判断，为去除外界机械冲击和电脉冲的干扰，由计数器进一步判断是否为重大故障，在重大故障发生时，检测装置给出声光报警指示。此检测方法用于铁路货车滚动轴承的重大故障检测，也同时包含用于其它形式的滚动轴承的故障检测。
2.基于声发射检测原理的用于铁路货车滚动轴承的故障检测方法及装置，该检测仪器在铁路货车处于列检和站修工况时，对滚动轴承不用解体，采用手动或其它驱动设备使轴承外滚道旋转，在低速转动滚动轴承外滚道的情况下，能够识别影响铁路货车正常运行的轴承的重大故障。
全文摘要
本发明涉及一种基于声发射检测原理的用于铁路货车滚动轴承的故障检测方法及装置。在铁路货车处于列检工况时，该检测装置依靠底面外部凹陷处和内部的磁吸部件与货车轮对轴承附近的三个螺栓头的平面密贴，在密贴处涂抹少许耦合介质，手工以40～60转/分的速度转动轴承外环；处于站修工况时，将声发射传感器依靠其底部的磁吸部件与货车轮对两端轴承附近的一个螺栓帽的平面密贴，在密贴处涂抹少许耦合介质，借助机械驱动装置使轴承外环以100～150转/分速度转动；在对滚动轴承不解体的情况下，就能够识别影响铁路货车正常运行的滚动轴承的重大故障。
文档编号B61K9/04GK1490208SQ02131438
公开日2004年4月21日 申请日期2002年10月14日 优先权日2002年10月14日
发明者徐春广, 陈金祥, 肖定国, 郭浩, 理华, 季皖东, 郑大勇 申请人:北京理工大学, 天津铁路分局唐山车辆段