CN101290265B - 一种铁路轴承智能在线检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁路客、货车车辆走行部位的轮对轴承检测技术。提出的一种铁路轴承智能在线检测方法及其装置，该装置主要包括床身(1)、振动检测机构、扭矩检测机构和校准机构及计算机(38)。本发明具有如下优越性：铁路轴承智能在线检测方法及其装置用于国内铁路货车车辆运用状态下轮对轴承的异常信息、结构健康、故障诊断。可以替代目前铁路轮对轴承完全采用人工检测，在车辆段中轮对轴承在不解体状态下，由工人手动凭感觉进行状态判断的检测方法；相对于国内60多万辆的铁路客、货车车辆，本发明不仅大大的降低了工人的劳动强度，且对于防范事故地发生起到了积极的推进作用，使我国铁路在轴承在线检测分析方面快速、健康的发展。

Description

一种铁路轴承智能在线检测方法及其装置

技术领域

本发明属于铁路客、货车车辆走行部位的轮对轴承检测技术，主要涉及一种铁路轴承智能在线检测方法及其装置。

背景技术

截至2006年底，全国铁路客车拥有量达到4.26万辆，全国铁路货车拥有量达到56.67万辆；根据铁道部十一五规划，铁道部将投入2500亿元人民币进行机车车辆购置和技术改造投资。预计到2010年，动车组配置达到1000列左右，客车保有量达到4.5万辆左右，货车保有量达到70万辆(含企业自备车10万辆)。

虽然国家投入了大量的资金进行车辆购置，但是由于国内铁路客、货车车辆由于高速重载，使客、货车车辆处于超负荷运转。然而铁路车辆运用状态下轮对轴承的异常信息、结构健康、故障诊断，完全采用人工检测(站修或段修)，由工人手动凭感觉进行状态判断，可靠性不高；另外在站修中也有采用专用设备对客、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；上述检测方法存在以下问题：

1)、利用人工进行检测判断故障轴承，随意性大；故障的识别率相对不高。

2)、工作经验、环境条件、心理因素等均对于故障轴承的检测判断造成一定影响。

3)、采用使轮对轴承高速转动并同时加载的方法，过程复杂，效率、成功率不高。

4)、利用车辆进站时对轴温进行红外线预报，经实验证明，正确率较低。

每年由于轴承故障造成的行车事故，由行车事故引发的直接经济损失超过1亿元，而间接损失为直接损失的20倍，国内铁路运用状态下对轮对轴承的异常信息、结构健康、故障诊断装置的需求非常迫切。

发明内容

本发明的目的即是提出一种铁路轴承智能在线检测方法及其装置，以替代目前的人工检测，大大提高检测的准确率确保铁路车辆的行车安全，从而有效的避免每年由于轴承故障造成的行车事故。

本发明所提出的铁路轴承智能在线检测方法为：该铁路轴承智能在线检测方法包括以下步骤：首先将待检测的轮对滚动进入检测区，计算机输出指令使两个阻挡气缸动作，通过气缸活塞上的挡块对轮对实施阻挡后并使滑台气缸移动使位于其上的阻挡气缸将轮对推至左右对称设置的两套振动检测机构之间，轮对粗定位完成；计算机输出指令使支撑油缸动作通过其活塞上的V型块将轮对的车轴向上顶起，使轮对车轴、被测轴承与两套振动检测机构的主轴位于同一垂直面；校准机构的摆动气缸动作将校准环摆至与振动检测机构主轴同心的位置，校准机构的推力气缸在计算机指令下动作使摆动气缸和校准环移动将校准环套于被测轴承上，由光纤传感器对被测轴承与校准环的同心度进行检测并由计算机输出调整指令，通过支撑油缸的上下动作使检测轴承与校准环即与两套振动检测机构的主轴同心；计算机输出指令使加载油缸动作推动振动检测机构的动力箱、主轴系统向轮对移动，回转油缸动作使与其联接的卡盘其卡爪抓紧被测轴承的外圈，振动检测机构的电机在计算机指令下带动主轴、卡盘运转，从而使被测轴承外圈旋转，并可由加载油缸相对轮对向外侧动作对被测轴承轴向加载，由支撑油缸向上动作对被测轴承径向加载；振动传感器采集被测轴承的振动信号并由计算机对振动信号进行分析处理；若分析合格，计算机输出指令使滑台气缸动作由阻挡气缸将轮对推离检测区；若分析不合格，由滑台气缸、阻挡气缸将轮对推至扭矩检测区；由两个阻挡气缸前后对其限位，使被测轴承位于扭矩检测机构摩擦轮的上方，对被测轴承进行扭矩检测，顶起气缸在计算机指令下向上顶起使扭矩检测机构的摩擦轮向上顶住被测轴承，摩擦轮由微型电机驱动带动被测轴承外圈转动，由计算机对扭矩传感器测得的扭矩信号进行分析处理。

本发明所提出的铁路轴承智能在线检测装置：其主要包括床身、振动检测机构、扭矩检测机构和校准机构及计算机；

位于地层下的床身为箱体结构，在箱体内和箱体外周填充有河砂；

振动检测机构位于床身上部直线导轨轴承的滑板上，其主要由主轴系统、卡盘、振动传感器和加载油缸、回转油缸构成，主轴系统中的动力箱位于直线导轨轴承的滑板上，通过传动带与电机连接的主轴具有中心空腔，连接杆穿过主轴的中心空腔并过盈配合其一端与卡盘连接、另一端连接回转油缸，用以推动主轴系统移动并可对被测轴承轴向加载的加载油缸位于床身上且在主轴系统的外侧，加载油缸的活塞与主轴系统的动力箱联接；振动传感器位于轮对被测轴承与车毂之间的车轴上；在加载油缸的活塞与动力箱之间设置压力传感器；所述振动检测机构为两套且左右对称设置，同时对轮对的两个轴承进行检测；

扭矩检测机构位于床身上，其主要由扭矩传感器、微型电机和摩擦轮及机架构成，扭矩传感器位于摩擦轮与微型电机之间，并设置有使摩擦轮向上顶紧被测轴承外圈的顶起气缸；

校准机构主要包括摆动气缸、推力气缸和校准环、光纤传感器；其中摆动气缸位于小直线导轨轴承的滑板上，校准环通过连接杆与摆动气缸连接且可在摆动气缸作用下90°翻转，推力气缸位于床身上且与小直线导轨轴承的滑板连接，多个光纤传感器位于校准环上且沿圆周均布；

设置有将轮对向上顶起、将轮对车轴、被测轴承相对振动检测机构的主轴定位、并可对被测轴承径向加载的支撑油缸，支撑油缸的活塞上端连接有V型块且在活塞与V型块之间设置压力传感器；

设置有对轮对前后限位并推动轮对移动至所需位置的三个阻挡气缸，其中，两个阻挡气缸位于两个滑台气缸上。

所述扭矩检测机构、校准机构均为两套且左右对称设置。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

铁路轴承智能在线检测方法及其装置用于国内铁路货车车辆运用状态下轮对轴承的异常信息、结构健康、故障诊断。可以替代目前铁路轮对轴承完全采用人工检测，在车辆段中轮对轴承在不解体状态下，由工人手动凭感觉进行状态判断的检测方法；相对于国内60多万辆的铁路客、货车车辆，本发明不仅大大的降低了工人的劳动强度，且对于防范事故地发生起到了积极的推进作用，使我国铁路在轴承在线检测分析方面快速、健康的发展。

附图说明

图1为本发明的检测装置工作动态示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的扭矩检测机构示意图。

图4为本发明加载油缸、主轴系统中主轴、动力箱结构示意图。

图5为本发明主轴系统中回转油缸、卡盘的结构示意图。

图6为本发明的校准机构结构示意图。

图中，1、床身，2、加载油缸，3、直线导轨轴承，4、动力箱，5、电机，6、主轴，7、静压轴承，8、主轴箱，9、卡盘，10、连接杆，11、推力气缸，12、摆动气缸，13、校准环，14、小直线导轨轴承，15、振动传感器，16、接近开关，17、轮对，18、V型块，19、支撑油缸，20、轮对导轨，21、摩擦轮，22、轮对轴承，23、扭矩传感器，24、微型电机，25、底座，26、顶起气缸，27、电机带轮，28、传动带轮，29、回转油缸，30、液压站，31、第一滑台气缸，32、第一阻挡气缸，33、挡块，34、第二阻挡气缸，35、第三阻挡气缸，36、第二滑台气缸，37、光纤传感器，38、计算机。

具体实施方式

结合下面的实施例可以更详细地解释本发明；但是应当指出的是本发明并不局限于下述实施例。

结合附图对本发明的铁路轴承智能在线检测方法及装置加以说明，本发明方法和装置同样也适用于各种机车的轮对轴承的在线检测分析。

参照图1、图2，首先将待检测的轮对17滚动进入检测区，在到达检测区并与接近开关16接触后，接近开关16发出一个电压信号给计算机38，由计算机38输出指令给气动电磁阀，第三阻挡气缸35动作，其活塞前端的挡块33阻挡轮对17，第一阻挡气缸32动作，其活塞前端挡块33向前伸出，把轮对17夹至两挡块33之间；第一滑台气缸31移动并带动位于其上的第一阻挡气缸32向轮对17推进，使轮对17位于两套振动检测机构之间，轮对17粗定位完成；完成后磁控开关发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出指令给液压电磁阀，支撑油缸19向上动作，支撑油缸19上安装的V型块18把轮对17车轴顶起，顶起后车轴位于V型块18中心，保证轮对轴承22与振动检测机构的主轴位于同一垂直面，完成后接近开关16发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出气动电磁阀，校准机构的摆动气缸12动作把校准环13摆至与主轴同心的位置，磁控开关发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出气动电磁阀，校准机构的推力气缸11动作，推力气缸11使摆动气缸和校准环13沿着小直线导轨轴承14向轮对17推进，将校准环13环套在轮对轴承22上，四个光纤传感器37对被测轴承与校准环的同心度进行检测并由计算机发出调整信号，控制支撑油缸19上下动作使轮对轴承22与校准环13即与主轴同心；计算机输出指令使加载油缸2动作，推动动力箱4及主轴系统沿着直线导轨轴承3向轮对轴向推进，推至卡盘9能抓住轮对轴承22一半尺寸时，接近开关16发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出液压电磁阀，回转油缸29动作，拉动连接杆10与卡盘小轴，使卡盘上的三个卡爪抓紧被测轴承外圈，感应传感器发出一个电压信号给计算机38，电机带动主轴运转；振动传感器15采集振动信号给计算机38，也可使加载油缸相对轮对向外侧动作对被测轴承轴向加载并由压力传感器得到压力信号，由支撑油缸向上动作对被测轴承径向加载并由压力传感器得到压力信号；压力信号输入计算机，计算机38对振动信号和压力信号分析处理，若合格，计算机38输出指令给气动电磁换向阀，第一滑台气缸31动作，由第一阻挡气缸32把轮对17推离检测区；若不合格，做扭矩测量；计算机38输出气动电磁换向阀，第一滑台气缸31、第一阻挡气缸32将轮对17推到扭矩测量位置，接近开关发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出气动电磁阀，第二阻挡气缸34动作由挡块33阻挡轮对，完成后给计算机信号并指令第三阻挡气缸35动作，把轮对17夹至两挡块33之间；完成后给计算机信号并指令第二滑台气缸36并带动第三阻挡气缸35向轮对17推进，让轮对17定位于扭矩检测机构摩擦轮21的上方；磁控开关发出一个电压信号给计算机38，计算机38输出指令气动电磁阀，顶起气缸26动作，使摩擦轮21向上顶住轮对轴承22，由微型电机24驱动摩擦轮带动轮对轴承22外圈旋转；然后由计算机38对扭矩信号分析处理，判断合格不合格。

如图1、图2所示，本发明提出的铁路轴承智能在线检测装置主要包括床身1、振动检测机构、扭矩检测机构和校准机构及计算机38；位于地层下的床身1为箱体结构，在箱体内填充有河砂；结合图4、图5，振动检测机构位于床身1上部直线导轨轴承的滑板上，其主要由主轴系统、卡盘9、振动传感器15和加载油缸2、回转油缸29构成，主轴系统中的动力箱4位于直线导轨轴承的滑板上，通过传动带与电机5连接的主轴6具有中心空腔并过盈配合，连接杆10穿过主轴的中心空腔其一端与卡盘9连接、另一端连接回转油缸29，用以推动主轴系统移动并可对被测轴承轴向加载的加载油缸2位于床身上且在主轴系统的外侧，加载油缸2的活塞与主轴系统的动力箱联接；振动传感器15位于轮对被测轴承与车毂之间的车轴上。结合图3，扭矩检测机构位于床身上，其主要由扭矩传感器23、微型电机24和摩擦轮21及机架构成，扭矩传感器23位于摩擦轮21与微型电机24之间，并设置有使摩擦轮向上顶紧被测轴承外圈的顶起气缸26。结合图6，校准机构主要包括摆动气缸12、推力气缸11和校准环13、光纤传感器37；其中摆动气缸12位于小直线导轨轴承14的滑板上，校准环13通过连接杆与摆动气缸12连接且可在摆动气缸作用下90°翻转，推力气缸11位于床身1上且与小直线导轨轴承的滑板连接，多个光纤传感器37位于校准环13上且沿圆周均布。设置有将轮对向上顶起、将轮对车轴、被测轴承相对振动检测机构的主轴定位、并可对被测轴承径向加载的支撑油缸19，支撑油缸19的活塞上端连接有V型块18且在活塞与V型块18之间设置压力传感器。设置有对轮对前后限位并推动轮对移动至所需位置的第一阻挡气缸32、第二阻挡气缸34、第三阻挡气缸35，其中，第一阻挡气缸32、第三35分别位于第一滑台气缸31、第二滑台气缸36上。

所述振动检测机构、扭矩检测机构、校准机构均为两套且左右对称设置，同时对轮对的两个轴承进行检测。

本发明检测装置中，机身台面的高度适应铁路轮对轴承的安装高度(取200～300mm)，且机身底面设有与拖架相连接的结构等；主轴系统中，主轴6安装在主轴箱8内并由传动带轮28带动，根据铁路轮对轴承的工作转速，确定主轴转速范围520～1080r/min。运动传动副采用与轴承振动频率相差甚远的皮带传动，输出主轴的回转采用静压轴承7支承，可以保证主轴系统的运转平稳，大大减小检测设备的基础振动。采用让铁路轮对轴承外圈转动而内圈不转动的检测方式，减小非轴承运动的干扰信号。由于铁路轮对轴承是在径向和轴向复合载荷下工作的，有径载荷时各滚动体受载不均匀，而加纯轴向载荷时各滚动体受载较为均匀，利于鉴别和及时发现其工作信息的异常。本发明装置设置大小可调的轴向加载机构，载荷值在1～30KN范围内可调(用压力传感器设定)。

需要说明的是，在本发明中所述的计算机系统的程序、具体操作、指令设置为另一保护主体，所以在此并未进行进一步的说明，但是上述步骤所涉及的计算机采集信号、所发指令部分也在本发明的保护范围之内。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (3)

1.一种铁路轴承智能在线检测方法，其特征是：

该铁路轴承智能在线检测方法包括以下步骤：

首先将待检测的轮对(17)滚动进入检测区，计算机输出指令使第三阻挡气缸(35)、第一阻挡气缸(32)动作，通过第一阻挡气缸(32)、第三阻挡气缸(35)活塞上的挡块(33)对轮对实施阻挡后并使第一滑台气缸(31)移动使位于其上的第一阻挡气缸(32)将轮对推至左右对称设置的两套振动检测机构之间，轮对粗定位完成；计算机输出指令使支撑油缸(19)动作，通过其活塞上的V型块(18)将轮对的车轴向上顶起，使轮对车轴、被测轴承与两套振动检测机构的主轴位于同一垂直面；校准机构的摆动气缸(12)动作将校准环(13)摆至与振动检测机构主轴同心的位置，校准机构的推力气缸(11)在计算机指令下动作使摆动气缸(12)和校准环(13)移动将校准环(13)套于被测轴承上，由光纤传感器对被测轴承与校准环的同心度进行检测并由计算机输出调整指令，通过支撑油缸的上下动作使被测轴承与校准环(13)即与两套振动检测机构的主轴同心；计算机输出指令使加载油缸(2)动作推动振动检测机构的动力箱(4)、主轴系统向轮对移动，回转油缸(29)动作使与其联接的卡盘上的卡爪抓紧被测轴承的外圈，振动检测机构的电机在计算机指令下带动主轴、卡盘运转，从而使被测轴承外圈旋转，并可由加载油缸(2)相对轮对向外侧动作对被测轴承轴向加载，由支撑油缸(19)向上动作对被测轴承径向加载；振动传感器(15)采集被测轴承的振动信号并由计算机(38)对振动信号进行分析处理；若分析合格，计算机(38)输出指令使第一滑台气缸(31)动作由第一阻挡气缸(32)将轮对推离检测区；若分析不合格，由第一滑台气缸(31)、第一阻挡气缸(32)将轮对推至扭矩检测区；第二阻挡气缸(34)、第三阻挡气缸(35)动作，把轮对(17)夹至第二阻挡气缸(34)、第三阻挡气缸(35)活塞上的挡块(33)之间；第二滑台气缸(36)带动第三阻挡气缸(35)向轮对(17)推进，让轮对(17)定位于扭矩检测机构摩擦轮(21)的上方；对被测轴承进行扭矩检测，顶起气缸(26)在计算机指令下向上顶起使扭矩检测机构的摩擦轮向上顶住被测轴承，摩擦轮由微型电机驱动带动被测轴承外圈转动，由计算机对扭矩传感器测得的扭矩信号进行分析处理。

2.一种铁路轴承智能在线检测装置，其特征是：主要包括床身(1)、振动检测机构、扭矩检测机构和校准机构及计算机(38)；

位于地层下的床身(1)为箱体结构，在箱体内和箱体外周填充有河砂；

振动检测机构位于床身(1)上部直线导轨轴承的滑板上，其主要由主轴系统、卡盘(9)、振动传感器(15)和加载油缸(2)、回转油缸(29)构成，主轴系统中的动力箱(4)位于直线导轨轴承的滑板上，通过传动带与电机(5)连接的主轴(6)具有中心空腔，连接杆(10)穿过主轴的中心空腔并过盈配合，其一端与卡盘(9)连接、另一端连接回转油缸(29)，用于推动主轴系统移动并可对被测轴承轴向加载的加载油缸(2)位于床身上且在主轴系统的外侧，加载油缸(2)的活塞与主轴系统的动力箱联接；振动传感器(15)位于轮对被测轴承与车毂之间的车轴上；在加载油缸(2)的活塞与动力箱(4)之间设置压力传感器；所述振动检测机构为两套且左右对称设置，同时对轮对的两个轴承进行检测；

扭矩检测机构位于床身上，其主要由扭矩传感器(23)、微型电机(24)和摩擦轮(21)及机架构成，扭矩传感器(23)位于摩擦轮(21)与微型电机(24)之间，并设置有使摩擦轮向上顶紧被测轴承外圈的顶起气缸(26)；

校准机构主要包括摆动气缸(12)、推力气缸(11)和校准环(13)、光纤传感器(37)；其中摆动气缸(12)位于小直线导轨轴承(14)的滑板上，校准环(13)通过连接杆与摆动气缸(12)连接且可在摆动气缸作用下90°翻转，推力气缸(11)位于床身(1)上且与小直线导轨轴承的滑板连接，多个光纤传感器(37)位于校准环(13)上且沿圆周均布；

设置有将轮对向上顶起、将轮对车轴、被测轴承相对振动检测机构的主轴定位、并可对被测轴承径向加载的支撑油缸(19)，支撑油缸(19)的活塞上端连接有V型块(18)且在活塞与V型块(18)之间设置压力传感器；

设置有对轮对前后限位并推动轮对移动至所需位置的第一阻挡气缸(32)、第二阻挡气缸(34)、第三阻挡气缸(35)，其中，第一阻挡气缸(32)、第三阻挡气缸(35)分别位于第一滑台气缸(31)、第二滑台气缸(36)上。

3.根据权利要求2所述的一种铁路轴承智能在线检测装置，其特征是：所述扭矩检测机构、校准机构均为两套且左右对称设置。

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