一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台及诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城轨车辆牵引齿轮驱动装置安全技术领域，尤其涉及一种地铁齿轮传 动装置模拟故障诊断试验台及诊断方法。
【背景技术】
[0002] 目前，我国城市轨道交通正处在迅速发展的阶段，地铁作为城市大容量公共交通 的主要运输载体之一，其安全运行与乘客的生命财产安全直接相关。齿轮传动装置作为 地铁车辆的关键部件，自身容易产生不平稳振动，并可通过转向架传递振动，属于故障多发 件；现有的地铁齿轮传动装置的检测维修主要包括时间修（每隔一个预定的维修周期就对 齿轮箱进行维修）和故障修（在齿轮传动装置出现故障、地铁运行过程中出现问题再进行 检修），然而时间修和故障修都存在维修的滞后性，不能够实现对列车的齿轮传动装置使用 周期或者说损坏频率的准确预计，无法对列车进行实时有效的在线监测，为了完成对地铁 齿轮传动装置的在线监测的研宄，需对地铁齿轮传动装置的载荷和运行情况进行模拟，对 发生的各种故障进行判断和研宄。
[0003] 因此，针对以上不足，需要提供一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台。
【发明内容】
[0004](一）要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题是：现有的地铁齿轮传动装置的维修主要为时间修和故 障修，能够实现对列车的齿轮传动装置使用周期或者说损坏频率的准确预计，无法对列车 进行实时有效的在线监测。
[0006](二）技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验 台，包括试验平台和设置在实验平台上的试验齿轮箱、陪试齿轮箱、驱动装置、信号检测装 置、扭矩加载装置和数据采集与处理装置，所述驱动装置与所述陪试齿轮箱的高速齿轮轴 连接，所述陪试齿轮箱高速齿轮轴与所述试验齿轮箱的高速齿轮轴连接，所述陪试齿轮箱 的低速齿轮轴通过连接轴与所述试验齿轮箱的低速齿轮轴连接；所述扭矩加载装置设置在 所述连接轴上，所述信号检测装置用于检测试验齿轮箱的信号参数；所述数据采集与处理 装置用于采集并处理信号检测装置采集到的信号参数。
[0008] 其中，所述信号检测装置包括扭矩-速度传感器和加速度-温度传感器。
[0009] 其中，所述加速度-温度传感器分别设置在所述试验齿轮箱的轴承安装位置和扭 矩加载装置的轴承安装位置；所述扭矩-速度传感器设置在试验齿轮箱的高速齿轮轴和/ 或所述陪试齿轮箱与驱动装置连接的转轴上。
[0010] 其中，所述驱动装置包括变频交流调速三相异步电动机和变频调速柜。
[0011] 其中，所述扭矩加载装置为液压伺服摆动油缸。
[0012] 其中，还包括联轴节，相邻的转轴之间通过联轴节连接。
[0013] 其中，所述联轴节为弹簧膜片联轴节。
[0014] 本发明还提供了一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断方法，包括如下步骤：
[0015] S1，将已经出现故障的齿轮箱作为试验齿轮箱，将与试验齿轮箱的相同的正常的 齿轮箱作为陪试齿轮箱，通过信号检测装置检测陪试齿轮箱轴承的振动数据、温度数据，齿 轮的振动数据；
[0016] S2,对S1中测量的数据进行预处理，包括对信号的小波包消噪和局部特征尺度分 解；
[0017] S3,对振动信号进行特征提取，并对提取的特征参数进行优化降维处理；
[0018] S4,把S3中经过优化的特征参数输入到故障分类器中，进行故障诊断；同时对试 验齿轮箱内出现故障位置或出现故障的部件进行判断。
[0019] 其中，步骤S3中提取的特征参数包括下列有量纲参数或无量纲参数中的一种或 多种：有量纲参数为峰值、均值、有效值、方根幅值、绝对平均值；无量纲参数为峭度因子、 峰值因子、裕度因子脉冲因子和波形因子。
[0020] 其中，步骤S4中，通过数据采集与处理装置对测量数据进行FFT变化得到测量频 率，由计算公式得出相应频率，将测量得到的频率和计算得到的频率进行匹配，如果在倍频 /谐频位置出现相应幅值，即可判断相对位置出现故障；
[0021] 其中，滚动轴承保持架故障频率的计算公式为：
【主权项】
1. 一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：包括试验平台和设置在 实验平台上的试验齿轮箱（3)、陪试齿轮箱（2)、驱动装置（1)、信号检测装置、扭矩加载装 置（9)和数据采集与处理装置，所述驱动装置（1)与所述陪试齿轮箱（2)的高速齿轮轴连 接，所述陪试齿轮箱（2)高速齿轮轴与所述试验齿轮箱（3)的高速齿轮轴连接，所述陪试齿 轮箱（2)的低速齿轮轴通过连接轴（7)与所述试验齿轮箱（3)的低速齿轮轴连接；所述扭 矩加载装置（9)设置在所述连接轴（7)上，所述信号检测装置用于检测试验齿轮箱（3)的 信号参数；所述数据采集与处理装置用于采集并处理信号检测装置采集到的信号参数。
2. 根据权利要求1所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：所述 信号检测装置包括扭矩-速度传感器（4)和加速度-温度传感器巧）。
3. 根据权利要求2所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：所述 加速度-温度传感器（5)分别设置在所述试验齿轮箱（3)的轴承安装位置和扭矩加载装置 (9)的轴承安装位置；所述扭矩-速度传感器（4)设置在试验齿轮箱（3)的高速齿轮轴和/ 或所述陪试齿轮箱（2)与驱动装置（1)连接的转轴上。
4. 根据权利要求1所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：所述 驱动装置（1)包括变频交流调速=相异步电动机和变频调速柜。
5. 根据权利要求1所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：所述 扭矩加载装置（9)为液压伺服摆动油缸。
6. 根据权利要求1所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：还包 括联轴节，相邻的转轴之间通过联轴节连接。
7. 根据权利要求6所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台，其特征在于：所述 联轴节为弹黃膜片联轴节化）。
8. -种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断方法，其特征在于；包括如下步骤： S1，将已经出现故障的齿轮箱作为试验齿轮箱（3)，将与试验齿轮箱（3)的相同的正常 的齿轮箱作为陪试齿轮箱（2)，通过信号检测装置检测陪试齿轮箱（2)轴承的振动数据、温 度数据，齿轮的振动数据； 52, 对S1中测量的数据进行预处理，包括对信号的小波包消噪和局部特征尺度分解； 53, 对振动信号进行特征提取，并对提取的特征参数进行优化降维处理； 54, 把S3中经过优化的特征参数输入到故障分类器中，进行故障诊断；同时对试验齿 轮箱（3)内出现故障位置或出现故障的部件进行判断。
9. 根据权利要求8所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断方法，其特征在于：步骤S3 中提取的特征参数包括下列有量纲参数或无量纲参数中的一种或多种：有量纲参数为峰 值、均值、有效值、方根幅值、绝对平均值；无量纲参数为峭度因子、峰值因子、裕度因子脉冲 因子和波形因子。
10. 根据权利要求9所述的地铁齿轮传动装置模拟故障诊断方法，其特征在于；在步骤 S4中，通过数据采集与处理装置对测量数据进行FFT变化得到测量频率，由计算公式得出 相应频率，将测量得到的频率和计算得到的频率进行匹配，如果在倍频/谐频位置出现相 应幅值，即可判断相对位置出现故障； 其中，滚动轴承保持架故障频率的计算公式为：
公式中，n为轴承滚动体个数，Bd为滚动体直径，Pd为轴承的节径，4为接触角，RPM为 转速。
【专利摘要】本发明涉及城轨车辆牵引齿轮驱动装置安全技术领域，尤其涉及一种地铁齿轮传动装置模拟故障诊断试验台及诊断方法。其中，诊断试验台采用封闭功率流的加载原理，试验台的能量利用率高，加载精度高，同时通过扭矩加载装置对试验台施加载荷来模拟齿轮箱实际运行，再通过信号检测装置来检测已经损坏的齿轮箱在运行过程中的速度、扭矩、噪声、振动、温度的参数，然后通过数据采集与处理装置来对检测的信号进行处理，来判断齿轮箱出现故障的位置、出现故障的频率，从而根据上述模拟实际工况检测到的数据有针对性的对地铁齿轮箱上的部件进行更换，即：根据齿轮箱内各个零部件损坏的频率和损坏的周期有针对性的进行修复和更换。
【IPC分类】G01M17-08, G01M13-02
【公开号】CN104849046
【申请号】CN201510256546
【发明人】杨建伟, 姚德臣, 王富民, 赵青春
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月19日