一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置及其诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆故障检测技术领域，具体涉及一种与轮对轴承磨合机联用的轴承 故障诊断装置及其诊断方法。
【背景技术】
[0002] 轮对滚动轴承作为铁路货车重要的机械部件，出现故障后将直接影响货车的运行 安全。因此，对滚动轴承状态的检测一直是各路局车辆段安全检测的重点内容。
[0003] 目前国内各车辆段对轴承故障的初步诊断，主要还是依靠操作工人的经验，工人 手工旋转轴承，人耳辨别轴承运转中是否存在异音，手上感觉轴承运转中是否有卡阻现象。 这种检测方式对工人的操作经验与技术能力要求很高，需要经过多年的训练与实践才能达 到较高的准确率。而且这种检测方式由于没有精确量化的检测标准，检测结果与工人当时 的工作状态（心情、疲劳度等）直接相关，结果具有一定的主观性和随意性，很容易对存在 故障的轴承漏判。
[0004] 现有技术中，国内也有学者研宄利用故障轴承声音特征进行故障诊断，多采用共 振解调法及在此基础上的改进方法。
[0005] 共振解调法主要优点是对局部剥离型轴承故障非常敏感，并且可以根据通过频率 判断剥离发生的部位，对轴承故障进行分类。但是共振解调法也有无法克服的缺点，该方法 只对轴承内部局域性缺陷敏感，而轴承的尺寸失配、滚道磨损、麻点、缺油等缺陷由于没有 对应的缺陷通过频率，很难利用共振解调法检测出来，因此这类故障会被漏判为良好轴承。 按照《铁路货车段修规程》、《铁路货车无轴箱滚动轴承一般检修规程》等文件要求，轴承上 这些故障如果达到了 C类缺陷就应该停止使用并报废处理，这样利用共振解调法检测的良 好轴承有可能是要报废处理的轴承；而且声学信号采集易受环境噪声干扰，特别是在嘈杂 的检修车间。
[0006] 综上所述，现有的轴承检测方法难以对大量待检轴承进行快速、准确的诊断。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故 障诊断装置及其诊断方法。
[0008] -种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置，包括轮对轴承磨合机组件、信 号调理电路、轴承振动诊断工作站和振动传感器；
[0009] 轮对轴承磨合机组件包括2对轮对轴承和4个磨合机，每对轮对轴承均包括2个 车轮、2个轴承和1根轮轴；每个磨合机包括1个传动轮、1个轴承外圈固定夹和1个轴承外 圈固定夹座；
[0010] 2个车轮对称固定在轮轴两侧，每个车轮上固定安有1个传动轮。2个车轮外侧的 轮轴两侧分别对称固定安装2个轴承，轴承外圈固定夹通过轴承外圈固定夹座固定在地面 上，轴承外圈固定夹可自动开合，抱紧松开轴承外圈，轴承外圈通过轮对轴承外圈固定夹固 定不动，轴承内圈跟随轮轴和车轮转动。
[0011] 振动传感器共有4个，分别通过磁铁吸盘固定在4个轴承外圈固定夹上，用于采集 轴承的振动信号，并传输给信号调理电路。
[0012] 信号调理电路接收振动信号并转换成电学模拟信号，经过滤波调理后输入至轴承 振动诊断工作站。
[0013] 轴承振动诊断工作站包括振动信号采集卡，带通数字滤波器，共振包络解调判别 器、特征参量判别器和综合判定系统；
[0014] 振动信号采集卡采集电学模拟信号，转化为数字信号后输入带通数字滤波器，得 到滤波后信号同时输入给共振包络解调判别器和特征参量判别器；
[0015] 共振包络解调判别器对滤波后信号进行处理，得到信号的包络频谱，输入至综合 判定系统；特征参量判别器计算得到滤波后信号的峭度因子，并送入综合判定系统。
[0016] 综合判定系统对峭度值设置阈值，并判断是否存在故障。
[0017] 一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断方法，包括如下步骤：
[0018] 步骤一、安装轮对轴承磨合机组件，并固定安装振动传感器；
[0019] 每个车轮上固定安有1个传动轮，每个轴承外圈固定夹座装有轴承外圈固定夹， 用来固定轴承的外圈，4个振动传感器通过磁铁吸盘分别固定在4个轴承外圈固定夹上。
[0020] 步骤二、利用轮对轴承磨合机组件驱动车轮；
[0021] 轮对轴承磨合机组件通过传动轮驱动车轮、轮轴高速旋转，轴承外圈被轴承外圈 固定夹固定不动，轴承内圈跟随轮轴和车轮转动。
[0022] 步骤三、振动传感器采集轴承振动信号，输送给信号调理电路，生成电学模拟信号 输送至轴承振动诊断工作站；
[0023] 步骤四、轴承振动诊断工作站结合共振包络解调算法和特征统计参量算法综合判 定，有效判断识别轴承各类故障。
[0024] 具体包括如下步骤：
[0025] 步骤401、振动信号采集卡采集电学模拟信号，转化为数字信号后输入带通数字滤 波器；
[0026] 步骤402、带通数字滤波器将数字信号进行滤波，将滤波后信号同时输入给共振包 络解调判别器和特征参量判别器；
[0027] 步骤403、共振包络解调判别器对滤波后信号进行处理，得到信号包络波形进行傅 立叶变换，得到滤波后信号的包络频谱，输入至综合判定系统。
[0028] 步骤404、特征参量判别器计算得到滤波后信号的峭度因子，并送入综合判定系 统。
[0029] 步骤405、综合判定系统对峭度值设置两个阈值A、B，并进行判断是否存在故障， 其中阈值A〈B。
[0030] 如果轴承的峭度值小于阈值A时，判断轴承完好。
[0031] 如果轴承的峭度值在阈值A到阈值B之间时，进一步查看轴承包络频谱，判断在某 故障通过频率处是否存在明显的尖峰，如果存在，则由故障通过频率来确定轴承故障类型： 尖峰若在3-4之间为滚子剥离故障，尖峰若在8-10之间为外圈剥离故障，尖峰若在10-13 之间为内圈剥离故障。否则，认定轴承无故障。
[0032] 如果轴承的峭度值大于阈值B时，认定轴承故障，同时进一步根据轴承包络频谱 判断轴承故障类型，如果包络谱中无明显的尖峰，则表明轴承无剥离型故障，故障类型可能 为尺寸失配、滚道磨损、麻点或者缺油故障。否则，根据尖峰所在位置判定为滚子剥离故障、 内圈剥离故障或者外圈剥离故障。
[0033] 本发明的优点在于：
[0034] (1)本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置，该装置为接触检测， 振动传感器体积小并且安装简洁，特别适合工作环境恶劣的轴承检修车间。
[0035] (2)本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置，是在现有的轮对轴 承磨合机上增加振动信号采集和分析装置，可以同时对轮对轴承磨合机上多个轴承进行振 动诊断。
[0036] (3)本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置，在轮对轴承磨合机 工作的同时进行诊断，不增加轮对检修流水线的工作时间。
[0037] (4)本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断方法，采用共振包络解调 法与特征统计参量法综合判定，有效判断轴承各类故障，可对轴承剥离型故障、缺油故障、 麻点、擦伤类损伤等进行诊断。
[0038] (5)本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断方法，通过采集转动轴承 的振动信号，结合共振包络解调法与特征统计参量法综合判别轴承的各类故障。
【附图说明】
[0039]图1是本发明一种与轮对轴承磨合机联用的轴承故障诊断装置的结构框图；
[0040] 图2是本发明轮对轴承磨合机组件局部放大图；
[0041] 图3是本发明轴承振动诊断工作站局