CN102589881B - 冶金特种车辆轮对轴承缺陷智能检测方法 - Google Patents

Abstract

一种冶金特种车辆轮对轴承智能检测系统，系统包括：转动平台、液压泵、触摸显示器、个人电脑及机柜、信号转接板及信号采集卡、8路继电器输出模块、振动传感器、转速传感器、液压传感器和各部分连接线，信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、数据报警及报表生成模块。将轮对放置在转动平台上，电脑控制将轮对提升至指定位置，在轮对两边轴承水平位置放置振动加速度传感器，再由电机带动皮带轮与车轮产生摩擦，当转速保持恒定时，车轮处于匀速转动状态，开始采集振动信号，采集完成以后，保存测试数据，将轮对放回原位。软件可以通过转速、当前轴承型号和振动信号，分析出此轮对是否存在轴承故障。本检测系统有效地提到了准确率和实时性，减少了检测时间，降低了检验成本。

Description

冶金特种车辆轮对轴承缺陷智能检测方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，监测的对象是马钢厂区冶金特种车辆轮对轴承。通过测试平台将轮对提升后，采集轮对轴承在恒定转速下的振动信号，并通过上位机进行信号分析。此技术同样适用于铁路系统客货车车轮轴承检测。

背景技术

大型工厂厂区内的轨道运输车辆，其轮对轴承在经过长年累月的运行后，部分轴承出现故障是必然的。一般情况下，出现故障的轴承可以回维修车间更换，当然，这势必影响正常的运输生产，严重时，因轴承被卡死而造成铁路交通事故，尤其是冶金运输车辆，因其运载的是液态金属，极有可能扩大为安全事故。所以有必要将轨道车辆的轮对轴承定期进行检测，将有缺陷和潜在故障的轴承找出来进行更换。

近年来，马钢铁运公司车辆段一直定期更换冶金特种车辆的轴承，特别是对320t混铁水车，共有880副轴承。一次性更换不仅拆装工作量大费用高，而且造成对车轴的损伤，由此更换车轴会造成严重的资源浪费。因此需要一种快速准确的检测手段，掌握所有轴承的运行状态，仅针对有故障的轴承做到及时维修或更换，达到预测性维修(PredictiveMaintenance)的目的。

发明内容

为了检测判别一副轮对左右两侧轴承是否存在故障缺陷，本发明提出了一种车轮轴承缺陷智能诊断方法和报警系统。

本发明解决其技术问题所采用的检测方法的技术方案是：如图1所示，将轮对放置在转动平台上，电脑控制将轮对提升至指定位置，在轮对两边轴承水平位置放置振动加速度传感器，再由电机带动皮带轮与车轮产生摩擦，当转速保持恒定时，车轮处于匀速转动状态，开始采集振动信号，采集完成以后，保存测试数据，将轮对放回原位。软件可以通过转速、当前轴承型号和振动信号，分析出此轮对是否存在轴承故障。

冶金特种车辆轴承只有四种型号，针对每一种轴承根据式(1)(2)(3)(4)可以计算出故障频率：

内圈故障特征频率

$f_i=\frac{1}{2}{f}_n(1+\frac{d}{D}\cos \mathrm{\α})Z---\left(1\right)$

外圈故障特征频率

$f_o=\frac{1}{2}{f}_n(1+\frac{d}{D}\cos \mathrm{\α})Z---\left(2\right)$

保持架故障特征频率

$f_b=\frac{1}{2}{f}_n(1+\frac{d}{D}\cos \mathrm{\α})---\left(3\right)$

滚动体故障特征频率

$f_{\mathrm{RS}}=\frac{1}{2}{f}_n(1+\frac{d^2}{D^2}{\cos }^2\mathrm{\α})\frac{D}{d}---\left(4\right)$

fn——车轮轴的转频

d——滚动体的直径

D——轴承滚道的直径

α——接触角

Z——滚动体个数

系统具有以下功能：

1)建立检测轴承的数据库，对所测轴承数据进行管理；

2)显示并分析检测轴承的振动信号；

3)对轴承故障智能诊断并进行报警；

4)对一周期内测试轴承的检测结果生成报表。

根据检测原理及系统要达到的功能，确定的检测过程步骤是：

1)启动检测系统，选择轴承型号，输入轮对编号；

2)将轮对推至转动平台上，提升并固定稳当，将传感器放置左右轴承的水平位置；

3)控制电机运行，当转速稳定后，开始采集振动数据，车轮转速由皮带轮附近的转速传感器自动采集并上传至计算机；

4)系统根据选择的轴承型号、采集的转速和振动信号，显示出当前轴承的振动波形及频谱，并且根据计算出的故障频率、振动总值、峰值包络值、波形指标等参数判定是否需要报警；

5)分析完成后，停止轮对旋转，保存所测轴承的振动数据及诊断结果。

根据检测原理及系统要达到的功能构建检测系统如图2、图3所示，检测系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要由转动平台、液压泵、触摸显示器、个人电脑及机柜、信号转接板及信号采集卡、8路继电器输出模块、振动传感器、转速传感器、液压传感器和各部分连接线等组成；软件部分主要由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、数据报警及报表生成模块等组成。

电气系统中，机柜电源220V，电机及液压泵电源380V，机柜中安装有触摸显示器、电脑机箱、信号转接板(5V)及信号采集卡(USB)、8路继电器输出模块(24V)及连接线路等电器元件，安全可靠。

整个检测系统运行流程如图4所示，系统对轮径为760mm和840mm的轮对都能进行检测，并可以对352132、3628、3624、197726等轴承均可进行检测，只需更换转动平台上相应的压头即可。由于安装在不同轮径的轴承转速不一样，即所对应的工频也不一样，在分析数据时需要加以注意，具体数值如下表所示：

本发明的有益效果是，检测系统能在线自动采集放置在转动平台上的轮对轴承的振动信号，并且可以及时地发现存在轴承缺陷的轮对，对判定为报废的轴承立即进行更换处理，对判定为重点监测的轮对打上标记，对判定为正常的轮对进行下一道检测工序。所有的测试数据都可以保存并生成报表，以方便检测人员维护和管理。本系统在马钢铁运公司原有的检测基础上，有效地提到了准确率和实时性，减少了检测时间，降低了检验成本。

附图说明

图1是本发明车辆轮对智能检测系统现场组成图；

图2是本发明控制系统硬件组成图；

图3是本发明控制采集系统硬件逻辑示意图；

图4是检测系统运行流程图。

图中：1.转动平台2.驱动电机3.摩擦轮4.振动传感器5.提升装置6.轮对7.显示器及机柜8.液压泵。

具体实施方法

一种用于轮径为760mm和840mm的冶金特种车辆轮对轴承缺陷智能检测系统(图1、图2)，由硬件部分和软件部分组成，硬件部分主要由转动平台1、液压泵8、显示器及机柜7、个人电脑、信号转接板及信号采集卡、8路继电器输出模块、振动传感器4、转速传感器、液压传感器和各部分连接线等组成；软件部分主要由信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、数据报警及报表生成模块等组成。

本系统所用的2个振动传感器是美国威尔康芯公司的加速度传感器780A，分别用来检测两个车轮轴承的振动情况，通过对测得的振动信号进行计算分析得出被检测轮对的运行情况。传感器屏蔽线沿机架上面走线，走线通过金属软管进行保护。传感器通过两芯美军标航空插头与弹簧线相连。弹簧线通过三芯连接器与屏蔽线连接，走线的另一端连接到机柜里的信号转接板上。

转速传感器采用的是电涡流传感器。摩擦轮每转一圈传感器与磁铁对准一次产生一个高电平，软件通过记数上升沿数得出相应转速。转速传感器通过两块角铁焊接在转动平台机架上，磁铁部分通过样板铁固定在转轮上。转速传感器的连接线从铁架上面走线，走线通过金属软管保护。走线的另一端接到机柜里的信号采集板上。

压力传感器采用的是北京航宇华科测控技术有限公司的压力/液位传感器HK-613。系统通过一个比例系数将采集到的电压值转换为压力值。

检测系统的工作过程是：

(1)将轮对推动到指定的位置。在计算机触摸屏上，输入轮对编号，系统根据编号自动选择轴承的型号；

(2)调出电机控制界面，按顺序操作，油泵电机开→轮对提升→停止操作→主动电机开；

(3)等轮对转速平稳时按下采集键，计算机将自动采集转速信号和振动信号并提示保存。

(4)采集完毕后，调出电机控制界面，按顺序操作，主动电机关→轮对下降→停止操作；

(5)进入软件的分析界面，系统对本次测试的数据进行分析及判断；

(6)根据检测结果，确定是否需要再次测试或进行下一副轮对测试。

Claims (2)

1.一种冶金特种车辆轮对轴承缺陷智能检测方法，其特征在于：

将轮对放置在转动平台上，个人电脑控制将轮对提升至指定位置，在轮对两边轴承水平位置放置振动传感器，再由电机带动摩擦轮与车轮产生摩擦，当转速保持恒定时，车轮处于匀速转动状态，开始采集振动信号，采集完成以后，保存测试数据，将轮对放回原位；软件可以通过转速、当前轴承型号和振动信号，分析出此轮对是否存在轴承故障。

2.根据权利要求1所述的冶金特种车辆轮对轴承缺陷智能检测方法，其特征在于采用如下检测步骤：

1)启动检测系统，选择轴承型号，设定轮对编号；

2)将轮对推至转动平台上，提升并固定稳当，将振动传感器放置在左右轴承的水平位置；

3)控制电机运行，当转速稳定后，开始采集振动数据，车轮转速由摩擦轮附近的转速传感器自动采集并上传至个人电脑；

4)系统根据选择的轴承型号、采集的转速和振动信号，显示出当前轴承的振动波形及频谱，并且根据计算出的故障频率、振动总值、峰值包络值、波形指标参数判定是否需要报警；

5)分析完成后，停止轮对旋转，保存所测轴承的振动数据及诊断结果。