一种用于检测轴承跑合异音的数据库的建立及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种轴承跑合试验中用于检测轴承跑合异音的数据库的建立及使用 方法，属于轨道交通安全检测领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国轨道车辆向高速重载方向的发展，车辆产品的制造质量越来越受到车辆 制造厂、车辆运用部口，甚至社会各界的广泛关注。轴箱装置作为车辆的关键部件，其制造、 组装质量直接关系到车辆高速运行时的安全性。其核屯、为轴箱轴承。轴箱轴承主要结构由 外圈、内圈、滚子和保持架四部分组成。内圈通过液压过应力与轴径进行过盈装配，运行时 与轮轴同步旋转;外圈被安装在轴箱或轴承座孔内，起支撑车体的作用;滚子位于内圈、外 圈之间，当内圈与轮对一同旋转时，外圈保持不动，滚子与外圈、内圈产生滚动摩擦，使其一 方面绕其轴屯、自转，另一方面绕内、外圈滚道滚转。滚子的尺寸与个数决定了轴承承载力， 保持架通过分割滚子使其各自位于均匀间隔的位置上，防止相互碰撞摩擦，能够确保各滚 动体独立运动。铁路客车轴箱轴承为分体式轴承，在组装前为分体状态，组装时依次进行内 圈组装、外组件组装、注脂、轴箱体密封等工作，其组装作业相对于整体轴承较为复杂，若组 装状态不良，或产品自身质量存在缺陷，极易造成轴承故障。
[0003] 轴承跑合试验是按照国家标准《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》，模拟轮对 运转情况的试验。在一定条件(转速和时间）下，对使装车前的货车轮对进行跑合，使润滑脂 涂布均匀，并检测轴承的溫升、振动或异音情况，W此来检验轴承的生产及组装质量。轴承 跑和试验有助于防止因轴承生产及组装质量问题，而引发的轮对运行早期的热轴、燃轴事 故，进一步完善了对轴承生产及组装质量的检测，对于铁道车辆的安全运行有着重要的意 义。
[0004] 分体式轴承的最终组装工作由轴箱组装单位完成，而非轴承生产厂家进行，为验 证轴承自身及组装质量，分体式轴承组装后须进行跑合试验。轴承在跑合的过程中主要有 四种特征频率段的声音，主要是保持架特征频率、外圈的特征频率、内圈的特征频率和滚子 的特征频率，当轴承的上述的某一地方发生故障时，会导致其频率幅值发生变化，产生异 音。异音信号为轴承的故障声音信号，包含轴承的缺陷信息，通过对异音信号的检测和分 析，可W直观地判断轴承的生产和组装质量。
[0005] 对于跑合过程中的轴承异音检测，目前的方法是人工倾听检测，结果判定具有一 定的主观性，检测数据没有准确的量化评价结果。另外轴承跑合现场不可避免地存在外界 声音干扰，且跑合试验台运行及合格轴承跑合本身也不可避免地产生一定声音，因此人工 分辨轴承异音也有一定的难度，需有一定经验的工作人员才能胜任。另外，人工检测的原始 数据不能保存，对单个工件检测结果不能进行准确的数据记录。轴承作为车辆的核屯、部件， 目前的异音检测是其组装过程中质量控制的瓶颈环节之一，迫切需要开展相关检测技术的 研究工作。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种用于检测轴承跑合异音的数据库的建立及使用方法，该 数据库统计大量现场测试数据形成规律性的统计事件，建立声音信号和故障轴承之间的对 应关系，使用该数据库检测轴承跑合异音有助于工作人员直观、简单地掌握轴承跑合试验 的异音状况，快速准确地判断跑合试验结果。
[0007] 本发明一方面提供了一种用于检测轴承跑合异音的数据库的建立方法，其步骤如 下：
[000引 A、对与待检测轴承型号相同的N个无故障轴承进行M次轴承跑合实验，N> 1，M> 3;
[0009] B、采集无故障轴承在跑合试验过程中的时域声音信号，计算所有时域声音信号的 峰值因子平均值、峭度平均值和偏度平均值，并分别设定所述峰值因子、峭度和偏度的阔值 范围；
[0010] C、将B步采集的时域声音信号转化为声音频谱图，根据所有声音频谱图确定声音 信号特征频率段和非特征频率段的声压平均值，并分别设定声音信号特征频率段和非特征 频率段的声压阔值；
[0011] D、逐个存储B步得到的时域声音信号、C步得到的声音频谱图、相应的实验条件和 轴承编号，建立声音信息数据库；
[0012] E、对待检测轴承进行轴承跑合实验，采集轴承在跑合实验中的时域声音信号，并 将所述时域声音信号转化为声音频谱图；
[0013] F、对E步采集的时域声音信号的峰值因子、峭度和偏度分别进行判定:若所述峰值 因子、偏度、峭度S个值中任一值不在设定阔值范围内，则判定轴承出现故障，进行步骤H; 否则进行步骤G;
[0014] G、对E步得到的声音频谱图进行判定，若声音频谱图的特征频率段和非特征频率 段的声压均小于设定声压阔值，则判定轴承无故障，将所述时域声音信号、声音频谱图、相 应的实验条件和轴承编号传给声音信息数据库;否则，判定轴承出现故障，进行步骤H;
[0015] H、检查G步和F步判定为故障轴承的故障类型，将所述故障轴承的声音频谱图记录 为所述故障类型的标准声音频谱图，并将故障类型和与所述故障类型的标准声音频谱图对 应传给声音信息数据库；
[0016] I、随着轴承检测量的增加，重复E-H步的操作，不断更新优化声音信息数据库，并 根据大量检测数据优化B步设定的所述时域声音信号的峰值因子、峭度和偏度的阔值范围 和C步设定的特征频率段和非特征频率段的声压阔值。
[0017] 与现有技术相比，该技术方案的有益效果是：
[0018] -、该方法分别对声音的时域信号和频域信号进行分析，更为全面地分析采集的 声音信号，提高了后续判断轴承故障的准确性。
[0019] 二、该方法通过对声音信号的分析，设定峰值因子、峭度和偏度的阔值范围，特征 频率段和非特征频率段的声压阔值，递进式判断故障轴承，更为准确。
[0020] =、该方法对统计大量现场测试数据建立声音信息数据库，为后续从大量数据中 准确分析声音信号和故障轴承之间的对应关系，快速准确地通过异音判断轴承故障情况提 供了数据基础。
[0021] 进一步，上述方法所述B步中设定的时域声音信号的峰值因子阔值范围为2~5,峭 度阔值范围为2.5~3.5，偏度阔值范围为-0.02~0.02。
[0022] 更进一步，上述方法所述C步中设定的特征频率段和非特征频率段的声压阔值分 别为0.067pa 和 0.014pa。
[0023] 上述阔值范围和声压阔值通过实验数据统计得到，可W准确地判断轴承是否存在 故障。
[0024] 本发明另一方面提供了上述建立的用于检测轴承跑合异音的数据库的使用方法， 其步骤如下：
[0025] a、对待检测轴承进行轴承跑合实验，采集轴承在跑合实验中的时域声音信号，并 将所述时域声音信号转化为声音频谱图；
[0026] b、对所述a步采集的时域声音信号的峰值因子、峭度和偏度进行判定:若所述峰值 因子、偏度、峭度S个值中任一值不在设定阔值范围内，则判定轴承出现故障，进行步骤d; 否则进行步骤C;
[0027] C、对a步得到的声音频谱图进行判定，若声音频谱图的特征频率段和非特征频率 段的声压均小于设定声压阔值，则判定轴承无故障，将所述时域声音信号、声音频谱图、相 应的实验条件和轴承编号传给声音信息数据库;否则，判定轴承出现故障，进行步骤d;
[0028] d、对b步和C步判定为故障轴承的声音频谱图进行扫描，与声音信息数据库中各种 故障类型的标准声音频谱图进行逐点一一对比，若频谱图中所有对应点的整体重合度达到 设定值(对应点的误差在0.1 % W内，则判定对应点重合），则判定故障类型即为所述标准声 音频谱图对应的故障类型，若故障轴承的声音频谱图与多个标准声音频谱图的重合度均达 到设定值，则判定故障类型为与所述故障轴承的声音频谱图重合度最高的标准声音频谱图 对应的故障类型;若没有与所述故障轴承的声音频谱图重合度达到设定值的标准声音频谱 图，则判定没有对应的故障类型，进行步骤e;
[0029] e、检查b步和C步判定为故障轴承的故障类型，将所述故障轴承的声音频谱图记录 为所述故障类型的标准声音频谱图，并将故障类型和与所述故障类型的标准声音频谱图对 应传给声音信息数据库，更新优化声音信息数据库。
[0030] 本发明中所述时域声音信号的峰值因子、峭度、偏度可由式（1)、（2)、（3)计算而 得：
[0031 ] ：( i)
[0032] (2)
[0033] (3)
[0034] 式中Xi为时域声音信号，i = l~N，i为声音采样点序号，N为声音采样总点数，Ximax 为时域声音信号的声压最大值，Ximin为时域声音信号的声压最小值;E(Xi)为时域声音信号 Xi的数学期望值；
式中
'即E(Xi)为时域声音信 号Xi的平均声压值;RMS为时域声音信号Xi的均方根，指是对N个采样点的时域声音信号Xi的 平方均值求二次根，即
[0035] 与现有技术相比，该技术方案的有益效果是：
[0036] -、该方法克服了人工倾听检测的主观性，将检测数据准确地量化。
[0037] 二、该方法可保存轴承跑合试验的大量原始数据，准确记录每个轴承的检测结果， 不断更新优化声音信息数据库。
[0038] =、使用该方法有助于工作人员直观、简单地掌握轴承跑合试验的异音状况，快速 准确地判断跑合试验结果。
[0039] 进一步，上述方法所述b步中设定的时域声音信号的峰值因子阔值范围为2~5,峭 度阔值范围为2.5~3.5，偏度阔值范围为-0.02~0.02。
[0040] 进一步，上述方法所述C步中设定的特征频率段和非特征频率段的声压阔值分别 为0.067pa和0.014pa。
[0041] 上述阔值范围和声压阔值通过实验数据统计得到，可W准确地判断轴承是否存在 故障。
[0042] 进一步，上述方法所述对b步和C步判定为故障轴承的声音频谱图进行扫描，与声 音信息数据库中各种故障类型的标准声音频谱图进行逐点一一对比判定故障类型的重合 度设定值为90 %~95 %。
[0043] 上述重合度设定值有助于准确判断轴承故障类型。
【具体实施方式】
[0044] 本发明的一种【具体实施方式】是：
[0045] 1、一种用于检测轴承跑合异音的数据库的建立方法，其步骤如下：
[0046