CN107110703A

CN107110703A - 异常诊断装置、轴承、旋转装置、产业机械以及车辆

Info

Publication number: CN107110703A
Application number: CN201580067296.1A
Authority: CN
Inventors: 吉田弘; 吉田一弘
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: CN107110703B; US20170343451A1; WO2016092845A1; JP2016109647A; EP3232170A4; JP6183346B2; EP3232170A1; US10393623B2

Abstract

提供能够在早期发现异常并且能够比较容易地进行诊断阈值的设定的异常诊断装置、轴承、旋转装置、产业机械以及车辆。运算初始频率成分与实测频率成分之间的差分值，进行该差分值与诊断阈值的比较，根据该比较结果来进行异常诊断对象的异常诊断，其中，该初始频率成分是从在旋转装置(2)运转中的初始测定时机所测定的车轴(21)以设定转速进行旋转时的初始振动值中提取的与旋转装置(2)的异常诊断对象的异常相关的特征频率成分，该实测频率成分是从在旋转装置(2)运转中的初始测定时机以后的实测时机所测定的车轴(21)以设定转速进行旋转时的实测振动值中提取的特征频率成分。

Description

异常诊断装置、轴承、旋转装置、产业机械以及车辆

技术领域

本发明涉及旋转装置的异常诊断，该旋转装置被构成为包含支承旋转轴的轴承。

背景技术

以往，作为进行被构成为包含轴承的旋转装置的异常诊断的技术，例如有在专利文献1中公开的技术。该技术是在根据来自安装于铁道车辆上的传感器单元的检测信号来判定脱轨、翻倒、碰撞等重大事故的异常的异常判定装置中附加了如在定期检查中进行的检测并处理车辆和轨道的异常的功能的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-100434号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述现有技术中，关于根据想要避免的事象而设定诊断阈值的情况，没有考虑到轴承或车轮等作为对象的部件各自的个体差异。因此，存在以下的问题：在产品量产时设定同一类型产品通用的绝对的诊断阈值时需要大量的背景资料和统计上的判断，到设定适当的诊断阈值为止需要大量的验证。

因此，本发明是着眼于这样的现有技术所具有的未解決的课题而提出的，其目的在于，提供能够在早期发现异常并且比较容易地进行诊断阈值的设定的异常诊断装置、轴承、旋转装置、产业机械以及车辆。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的第一方式的异常诊断装置具有：振动检测部，其检测旋转装置中产生的振动，其中，该旋转装置被构成为包含支承旋转轴的轴承；转速检测部，其检测旋转轴的转速；振动测定部，其根据转速检测部的检测结果和振动检测部的检测结果，测定在旋转轴以预先设定的设定转速旋转时在旋转装置中产生的振动；初始频率成分提取部，其从初始振动值中提取与旋转装置的每个异常诊断对象的异常相关的特征频率成分，其中，该初始振动值是振动测定部在旋转装置运转中的预先设定的初始测定时机测定的振动的值；实测频率成分提取部，其从实测振动值中提取每个异常诊断对象的特征频率成分，该实测振动值是振动测定部在旋转装置运转中的预先设定的初始测定时机以后的实测时机测定的振动的值；差分值运算部，其运算作为从初始振动值中提取的特征频率成分的初始频率成分与作为从实测振动值中提取的特征频率成分的实测频率成分之间的差分值；以及异常诊断部，其对由差分值运算部运算出的差分值与预先设定的诊断阈值进行比较，根据该比较的结果来诊断每个异常诊断对象的异常。

并且，本发明的第二方式的轴承具有上述第一方式的异常诊断装置。

并且，本发明的第三方式的旋转装置具有上述第一方式的异常诊断装置。

并且，本发明的第四方式的产业机械具有上述第一方式的异常诊断装置。

并且，本发明的第五方式的车辆具有上述第一方式的异常诊断装置。

发明效果

根据本发明，对于从在初始测定时机测定的初始振动值中提取的初始频率成分与从在实测时机测定的实测振动值中提取的实测频率成分之间的差分值(即从初始值开始的变化量)与诊断阈值进行比较，能够根据该比较结果来进行异常诊断。由此，能够在旋转装置运转中进行异常诊断，因此得到了能够在早期发现异常这样的效果。而且，与以往相比，能够忽略因个体差异而引起的初始值的偏差，能够进行忽略了因个体差异而引起的偏差的(仅着眼于变化量)诊断阈值设定。其结果为，得到了与以往相比能够容易地进行诊断阈值设定这样的效果。并且，实测振动值是因个体差异而引起的初始值的偏差与变化量的偏差的合计，但是通过取差分而能够去除的初始值的偏差，相应地得到了能够提高测定信赖性这样的效果。

附图说明

图1的(a)和(b)是示出铁道车辆1的概略结构的示意图。

图2是示出旋转装置2的主要部分的详细结构的示意图。

图3是示出异常诊断装置4的一个结构例的框图。

图4是示出异常诊断部37d的硬件结构的一例的框图。

图5是示出异常诊断部37d的功能结构的一例的框图。

图6是示出异常诊断处理的处理步骤的一例的流程图。

图7是示出振动测定处理的处理步骤的一例的流程图。

图8是示出特征频率成分提取处理的处理步骤的一例的流程图。

图9是示出比较诊断处理的处理步骤的一例的流程图。

图10是示出振动波形的频谱曲线的一例的图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图记载中，对相同或类似的部分标注了相同或类似的标号。但是，应该留意附图是示意性的，部件或局部的纵横尺寸或比例尺与实际情况不同。因此，应该参照以下的说明来判断具体的尺寸和比例尺。并且，当然在附图彼此之间也包含有彼此的尺寸的关系或比例不同的部分。

并且，以下所示的实施方式例示了用于将本发明的技术思想具体化的装置和方法，关于本发明的技术思想，构成部件的材质、形状、构造、配置等并不限定于下述内容。关于本发明的技术思想，能够在权利要求书中记载的权利要求中规定的技术范围内施加各种变更。

(实施方式)

(结构)

如图1(a)和图1(b)所示，本发明的一个实施方式的铁道车辆1被构成为包含多个旋转装置2。

旋转装置2被构成为包含：作为旋转轴的车轴21；一对双列圆锥滚子轴承3，它们在车轴21的两端部对车轴21进行支承；以及作为旋转体的一对车轮22，它们安装于车轴21的比一对双列圆锥滚子轴承3靠内侧的两端部。

如图2所示，双列圆锥滚子轴承3在轴承外壳23的内侧将车轴21的端部支承为旋转自如。

该双列圆锥滚子轴承3具有第一圆锥滚子轴承部24A、第二圆锥滚子轴承部24B、外圈25以及圆筒状的衬圈29。

第一圆锥滚子轴承部24A具有第一内圈26A、第一保持器28A以及多个第一圆锥滚子27A，第二圆锥滚子轴承部24B具有第二内圈26B、第二保持器28B以及多个第二圆锥滚子27B。

外圈25是第一圆锥滚子轴承部24A和第二圆锥滚子轴承部24B共同的外圈，在内周面上具有两列的圆锥凹面状的第一外圈轨道30A和第二外圈轨道30B，该外圈25被构成为在内嵌于轴承外壳23中的状态下，即使在使用时也不旋转。

第一内圈26A在外周面上具有圆锥凸面状的第一内圈轨道31A，第二内圈26B在外周面上具有圆锥凸面状的第二内圈轨道31B，该第一内圈26A和该第二内圈26B被构成为在分别外嵌固定于车轴21的端部的状态下，在使用时与该车轴21一同旋转。

第一圆锥滚子27A在第一外圈轨道30A与第一内圈轨道31A之间分别设置有多个，被设置为在被第一保持器28A保持的状态下转动自如。

并且，第二圆锥滚子27B在第二外圈轨道30B与第二内圈轨道31B之间分别设置有多个，被设置为在被第二保持器28B保持的状态下转动自如。

衬圈29以被夹持于第一内圈26A与第二内圈26B之间的状态外嵌于车轴21的端部。另外，如图1(a)和图1(b)所示，在位于比图2所示的部分靠上方的位置的、该车轴21的中间部靠近两端的部分分别外嵌固定有车轮22。

而且，如图2所示，双列圆锥滚子轴承3被构成为包含安装于轴承外壳23的外周面上的异常诊断装置4。该异常诊断装置4是诊断双列圆锥滚子轴承3的伤痕和剥离、车轴21的不均匀磨损、车轮22的缺气磨损(flat wear)等在作为异常诊断对象的旋转装置2的构成部件中发生的异常的装置。

在本实施方式中，异常诊断对象除了指各构成部件之外，还可以是在各构成部件中发生的异常的种类为两种以上的情况下，以与各异常内容的组的形式表示一个异常诊断对象。例如，在车轮22的轮胎缺气的情况下，每周1处磨损时与每周2处磨损时的特征频率成分不同，因此该情况下的异常诊断对象为车轮22的轮胎缺气(1处)和车轮22的轮胎缺气(2处)两种。

异常诊断装置4被构成为包含：作为检测车轴21的转速的转速检测部的轴速度传感器32；作为检测旋转装置2中产生的振动的振动检测部的加速度传感器33；以及异常诊断单元35，其诊断旋转装置2的异常。

轴速度传感器32被构成为包含第一传感器32b、第二传感器32c以及由永久磁铁构成为圆筒状的编码器32a。

编码器32a外嵌固定于衬圈29的轴向中间部。

第一传感器32b和第二传感器32c是在外圈25的轴向中间部双列地配置的第一圆锥滚子27A和该第二圆锥滚子27B之间的部分使各自的检测部与作为被检测面的编码器32a的外周面接近对置的状态下设置的传感器。在该编码器32a的外周面上，在圆周方向上交替并且等间隔地配置有被磁化为N极的磁极和被磁化为S极的磁极。

并且，第一传感器32b和第二传感器32c在检测部中组装有霍尔IC、霍尔元件、MR(Magneto Resistance：磁阻)、GMR(Giant Magneto Resistance：巨磁阻)等磁场检测元件。这些第一传感器32b和第二传感器32c的检测部与编码器32a的外周面对置的位置在该编码器32a的圆周方向上处于相同的位置。

在本实施方式中，加速度传感器33将在双列圆锥滚子轴承3的附近产生的振动以电信号的形式输出。

在本实施方式中，如图2所示，在是轴承外壳23的外周面的圆周方向一部分且在轴向上与第一圆锥滚子轴承部24A的中央部对应的部分形成有凹部34。而且，在凹部34内收纳有加速度传感器33。另外，加速度传感器33的配设位置不限于该位置，也可以根据异常诊断对象等而变更为其他位置。

关于加速度传感器33，根据异常诊断对象中发生异常时的振动特性而适当选择使用能够测定一轴方向加速度的传感器、能够测定两轴方向加速度的传感器、能够测定三轴方向加速度的传感器等。并且，也可以采用根据想要测定的振动的方向而配置多个一轴或者两轴传感器的结构。并且，在本实施方式中，在异常诊断对象的异常是引起朝向多个轴向的振动的情况下，将异常发生时的振动方向中的最大振动等级的振动方向确定为代表轴向，使用能够测定该轴向的振动的加速度传感器。

即，例如在轴承中发生了轴承剥离的情况下，径向的振动变大，因此为了对轴承剥离进行异常诊断，需要配置能够检测径向的振动的传感器。这样，按照每个异常的内容而振动变化表现得明显的方向不同，因此需要根据诊断对象的异常内容来配置能够检测所期望的振动方向的振动的传感器。

另外，不限于该结构，也可以采用能够检测两个以上的多个轴向的振动的结构。在该情况下，在后面的异常诊断处理中，对于一个异常诊断对象例如进行基于诊断阈值与两个以上的特征频率成分之间的差分值的比较结果的异常诊断。

异常诊断单元35具有：基板外壳36，其固定于轴承外壳23的外周面上；电路基板37，其配置于基板外壳36的内侧；以及连接器38，其对电路基板37与第一传感器32b和第二传感器32c的输出端子进行电连接。

该异常诊断单元35为了诊断构成旋转装置2的各部件是否发生了磨损或破损等异常并且确定发生了异常的部件而对轴速度传感器32、加速度传感器33输出的电信号等进行运算处理。

具体而言，如图3所示，电路基板37被构成为包含以芯片部件或分立部件等形式安装的第一接口部37a、第二接口部37b以及异常诊断部37d。

第一接口(I/F)部37a是将作为从轴速度传感器32输出的模拟电信号的表示车轴21的转速的转速信号ω转换为在后级的异常诊断部37d中能够进行运算处理的信号形式的部件。

这里，在本实施方式中，异常诊断部37d由搭载有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等的微型计算机(微机)构成。

因此，虽然省略了图示，但本实施方式的第一接口部37a例如被构成为包含用于将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器、用于切取特定频带的滤波电路、AC耦合用的电容器、信号放大用的信号放大器等。

第一接口部37a将转换后的数字的转速信号ωd输出给异常诊断部37d。

第二接口部37b具有与第一接口部37a相同的结构，将从加速度传感器33输出的作为模拟电信号的加速度信号Ga转换为后级的异常诊断部37d能够进行运算处理的信号形式。第二接口部37b将转换后的数字的加速度信号Gad输出给异常诊断部37d。

在本实施方式中，异常诊断部37d根据来自第一接口部37a的转速信号ωd和来自第二接口部37b的加速度信号Gad，诊断双列圆锥滚子轴承3、车轴21以及车轮22中是否发生了磨损或破损等异常。

接下来，基于图4和图5对异常诊断部37d的硬件结构和功能结构进行说明。

如图4所示，异常诊断部37d具有作为承担各种控制和运算处理的中央运算处理装置的CPU60、构成主存储装置的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)61、作为读出专用的存储装置的ROM(Read Only Memory：只读存储器)62以及时间计测用的计时器63。而且，异常诊断部37d还具有数据传送用的各种内外总线65和输入输出接口(I/F)64。在本实施方式中，RAM 61例如由NOR型的闪存器等非易失性存储器构成。

而且，由各种内外总线65连接CPU60、RAM 61、ROM 62以及计时器63，并且在该总线65上经由输入输出接口64连接了异常诊断单元35的第一接口部37a和第二接口部37b。虽然省略了图示，但除此以外，也根据需要而连接有例如用于确保数据存储容量的外部存储装置、用于将异常诊断结果经由车载网络发送给对各异常诊断装置进行集中控制的控制装置(以下，称为“集中控制装置”)的通信装置等。

而且，当接通电源时，存储于ROM 62等中的BIOS(Basic Input Output System：基本输入输出系统)等系统程序将预先存储于ROM 62中的各种计算机程序装载到RAM 61中，按照装载于RAM 61中的程序所记述的命令，CPU60运用各种资源进行规定的控制和运算处理，由此能够在软件上实现后述的各功能。

并且，异常诊断部37d作为通过由CPU60执行程序而实现的功能部，如图5所示地具有振动测定部371、特征频率成分提取部372、差分值运算部373以及比较诊断部374。

振动测定部371在预先设定的测定时机，根据来自第一接口部37a的转速信号ωd，测定与在车轴21以预先设定的设定转速ωs旋转时旋转装置2中产生的振动对应的加速度值。

即，如果判定为车轴21以设定转速ωs旋转，则按照时间顺序将从第二接口部37b以预先设定的采样周期输入的加速度信号Gad所表示的加速度值(以下，称为“加速度值Gav”)存储到RAM 61中。由此，测定旋转装置2中产生的振动。

在本实施方式中，振动测定部371在预先设定的旋转装置2运转中的初始测定时机，测定与在车轴21以预先设定的设定转速ωs旋转时旋转装置2中产生的振动对应的加速度值Gav。而且，振动测定部371在旋转装置2运转中的初始测定时机以后的实测时机，测定与在车轴21以设定转速ωs进行旋转时旋转装置2中产生的振动对应的加速度值Gav。

而且，本实施方式的振动测定部371使用计时器63来计测在判定为车轴21以设定转速ωs开始了旋转起至以设定转速ωs持续旋转的期间的经过时间Tp。而且，当在初始测定时机，经过时间Tp达到预先设定的可诊断时间Td以上的情况下，停止测定处理，并且将初始提取开始指令Ste输出给特征频率成分提取部372，其中，该初始提取开始指令Ste指示初始频率成分Ae1～AeN的提取处理的开始。

以下，将在初始测定时机，经过时间Tp达到可诊断时间Td以上而测定被停止之前存储于RAM 61中的加速度值Gav称为“初始振动值组Gave”。

另一方面，在实测时机，在经过时间Tp变为可诊断时间Td以上的情况下，振动测定部371停止测定处理，并且将实测提取开始指令Sts输出给特征频率成分提取部372，其中，该实测提取开始指令Sts指示实测频率成分As1～AsN的提取处理的开始。

以下，将在实测时机经过时间Tp达到可诊断时间Td以上而测定被停止之前存储于RAM 61中的加速度值Gav称为“实测振动值组Gavs”。

并且，在不论测定时机如何而经过时间Tp都不到可诊断时间Td的情况下，振动测定部371将计时器63归零并且从RAM 61中删除至此存储的加速度值Gav。并且，在特征频率成分提取部372中，在完成了特征频率成分的提取处理的情况下，也从RAM 61中删除与完成的特征频率成分对应的加速度值Gav(初始振动值组Gave或者实测振动值组Gavs)。

另外，本实施方式的振动测定部371被构成为，在实测时机，每次车轴21的转速从其他转速成为设定转速ωs时，进行实测振动值组Gavs的测定。

特征频率成分提取部372按照来自振动测定部371的初始提取开始指令Ste的输入，在初始测定时机对存储于RAM 61中的初始振动值组Gave进行阶次分析处理。由此，提取初始振动值组Gave所示的振动波形中所包含的与预先设定的测定对象的阶次1～N(N为2以上的自然数)分别对应的特征频率成分(以下，称为“初始频率成分Ae1～AeN”)。特征频率成分提取部372将所提取的初始频率成分Ae1～AeN存储于RAM 61中。在本实施方式中，RAM 61由非易失性的存储器构成，因此只要不是有目的地删除，就在切断电源后也保存所存储的初始频率成分Ae1～AeN。而且，在本实施方式中，在进行了一次提取初始频率成分Ae1～AeN后，例如在满足进行旋转装置2的部件更换等再次初始测定时机的产生条件之前，反复使用存储保持于RAM 61中的数据。

这里，初始测定时机例如是，新导入旋转装置2后的最初的运转时机、更换旋转装置2或轴承后的最初的运转时机以及在想要去除初始磨损影响的情况下进行“试”运转后的最初的运转时机等，能够根据预先设定的测定条件而任意设定。

并且，实测时机基本上是在初始测定时机以后，并且是提取初始频率成分后的运转时机。

另一方面，特征频率成分提取部372按照来自振动测定部371的实测提取开始指令Sts的输入，对于在实测时机存储于RAM 61中的实测振动值组Gavs进行阶次分析处理。由此，提取与包含于实测振动值组Gavs所示的振动波形中的阶次1～N分别对应的特征频率成分(以下，称为“实测频率成分As1～AsN”)。特征频率成分提取部372将所提取的实测频率成分As1～AsN存储于RAM 62中，之后将诊断开始指令Sd输出给差分值运算部373。

这里，关于阶次分析处理，具体而言，使用FFT(Fast Fourier Transformation：快速傅里叶变换)求出振动波形(初始振动值组Gave或者实测振动值组Gavs)的功率谱(振动等级)，求出与求出该功率谱时的相当于转速(设定转速ωs)的频率fs对应的成分作为1阶成分。此外，进行求出该频率fs的2倍、3倍、…、N-1倍、N倍的每个频率的功率谱作为2阶～N阶成分的处理。而且，关于相当于设定转速ωs的频率fs，将预先求出的数据存储于RAM 61或者ROM 62中，并且，N的值是根据与异常诊断对象对应的阶次成分而适当设定的。

差分值运算部373在从特征频率成分提取部372输入了诊断开始指令Sd时，按照下式(1)而分别运算存储于RAM 61中的实测频率成分As1～AsN与存储于RAM61中的初始频率成分Ae1～AeN的每个阶次之间的差分值(以下，称为“差分值Ad1～AdN”)。即，运算与初始频率成分Ae1～AeN对应的每个阶次成分到当前为止的变化量。

Adi＝Asi-Aei…(1)

差分值运算部373将运算出的差分值Ad1～AdN输出给比较诊断部374。

比较诊断部374在从差分值运算部373输入了差分值Ad1～AdN时，将所输入的差分值Ad1～AdN与按照每个阶次而预先设定的诊断阈值Th1～ThN进行比较。而且，根据各比较结果来诊断旋转装置2的各构成部件是否发生了异常。比较诊断部374将该异常诊断结果作为第一异常诊断结果而例如经由车载网络输出给集中控制装置。

这里，根据部件、装置，例如在m阶变化(m为“1≤m＜N”的自然数)时为轴承剥离、在(m+1)阶变化时为装置旋转轴不均匀磨损等，确定各阶次成分各自的故障模式。例如，在车轮22由于某些原因而磨损时等，以如下的方式产生特征频率成分：在轮胎缺气等相当于每周1处磨损的情况下为1阶成分，在被磨损成椭圆时等相当于2处磨损的情况下为2阶成分。因此，关于诊断阈值Th1～ThN，按照想要避免的每个故障模式来研究允许偏差，对各阶次成分分别设定适当的值。

(异常诊断处理)

接下来，基于图6对异常诊断装置4的异常诊断处理的处理步骤的一例进行说明。另外，异常诊断处理是在铁道车辆1运转中(驱动源驱动中或者车辆行驶中)以规定周期重复执行的处理。

如图6所示，当在CPU60中执行程序而异常诊断处理开始时，首先，转移到步骤S100。

在步骤S100中，在振动测定部371中实施振动测定处理，测定初始振动值组Gave或者实测振动值组Gavs，转移到步骤S102。

在步骤S102中，在特征频率成分提取部372中实施特征频率成分提取处理，从初始振动值组Gave或者实测振动值组Gavs中提取初始频率成分Ae1～AeN或者实测频率成分As1～AsN，转移到步骤S104。

在步骤S104中，在差分值运算部373中判定是否从特征频率成分提取部372输入了诊断开始指令Sd。而且，在判定为输入了诊断开始指令Sd的情况下(是)，转移到步骤S106，在判定为没有输入诊断开始指令Sd的情况下(否)，结束一系列的处理。

在转移到步骤S106的情况下，在差分值运算部373和比较诊断部374中实施比较诊断处理，诊断旋转装置2的各构成部件中是否发生了异常，然后结束一系列的处理。

(振动测定处理)

接下来，基于图7，对步骤S100的振动测定处理的处理步骤的一例进行说明。

当在步骤S100中开始了振动测定处理时，如图7所示，首先，转移到步骤S200。

在步骤S200中，在振动测定部371中判定当前是否是初始测定时机，在判定为是初始测定时机的情况下(是)，转移到步骤S202，在判定为不是初始测定时机的情况下(否)，转移到步骤S210。

具体而言，判定在RAM 61中是否存储有初始频率成分，在没有存储初始频率成分的情况下判定为是初始测定时机。另外，在新品的最初的运转时等，在想要在进行了试运转后取得初始频率成分的情况下，判定是否是试运转中。而且，在判定为在试运转中的情况下，判定为不是初始测定时机。

在转移到步骤S202的情况下，在振动测定部371中，根据来自第一接口部37a的转速信号ωd来判定车轴21的当前的转速是否为设定转速ωs。而且，在判定为是设定转速ωs的情况下(是)，由计时器63开始或者继续进行经过时间Tp的计时，转移到步骤S204，在判定为不是设定转速ωs的情况下(否)，重复进行判定处理直至成为设定转速ωs。

这里，在最初判定为成为设定转速ωs时，由计时器63开始进行经过时间Tp的测定(计时)。

在转移到步骤S204的情况下，在振动测定部371中，根据来自第二接口部37b的加速度信号Gad而取得加速度值Gav，将所取得的加速度值Gav存储于RAM 61的预先设定的初始振动值组Gave的存储区域中。然后，转移到步骤S206。

即，振动测定部371将在初始测定时机取得的加速度值Gav作为初始振动值存储于RAM 61中。

在步骤S206中，在振动测定部371中，根据计时器63的计时值来判定经过时间Tp是否为可诊断时间Td以上，由此判定是否从开始了初始振动值的测定起经过了可诊断时间Td。而且，在判定为经过了可诊断时间Td的情况下(是)，结束测定，转移到步骤S208，而在判定为没有经过可诊断时间Td的情况下(否)，转移到步骤S202。

在转移到步骤S208的情况下，在振动测定部371中，对特征频率成分提取部372输出初始提取开始指令Ste，结束一系列的处理，返回到原来的处理。

另一方面，在步骤S200中，在因不是初始测定时机而转移到步骤S210的情况下，在振动测定部371中判定当前是否是实测时机。而且，在判定为是实测时机的情况下(是)，转移到步骤S212，在判定为不是实测时机的情况下(否)，转移到步骤S200。

在转移到步骤S212的情况下，在振动测定部371中判定车轴21当前的转速是否成为设定转速ωs。而且，在判定为成为设定转速ωs的情况下(是)，由计时器63开始或者继续进行经过时间Tp的计时，转移到步骤S214，在判定为没有成为转速ωs的情况下(否)，重复进行判定处理直至成为设定转速ωs。

在转移到步骤S214的情况下，在振动测定部371中，根据来自第二接口部37b的加速度信号Gad而取得加速度值Gav，将所取得的加速度值Gav存储于RAM 61的实测振动值组Gavs的存储区域中。之后转移到步骤S216。

即，振动测定部371将在实测时机取得的加速度值Gav作为实测振动值而存储于RAM 61中。

在步骤S216中，在振动测定部371中，根据计时器63的计时值来判定经过时间Tp是否是可诊断时间Td以上，由此判定从开始测定实测振动值起是否经过了可诊断时间Td。而且，在判定为经过了可诊断时间Td的情况下(是)，结束测定，转移到步骤S218，在判定为没有经过可诊断时间Td的情况下(否)，转移到步骤S212。

在转移到步骤S218的情况下，在振动测定部371中，对特征频率成分提取部372输出实测提取开始指令Sts，结束一系列的处理，返回原来的处理。

(特征频率成分提取处理)

接下来，基于图8，对步骤S102的特征频率成分提取处理的处理步骤的一例进行说明。

当在步骤S102中开始了特征频率成分提取处理时，如图8所示，首先转移到步骤S300。

在步骤S300中，在特征频率成分提取部372中判定是否从振动测定部371输入了初始提取开始指令。而且，在判定为输入了初始提取开始指令的情况下(是)，转移到步骤S302，另一方面，在判定为输入了实测提取开始指令的情况下(否)，转移到步骤S306。

在转移到步骤S302的情况下，在特征频率成分提取部372中对存储于RAM 61中的初始振动值组Gave实施阶次分析处理，从初始振动值组Gave中提取初始频率成分Ae1～AeN。之后，转移到步骤S304。

在步骤S304中，在特征频率成分提取部372中将在步骤S302中提取出的初始频率成分Ae1～Ae4存储于RAM 61中，结束一系列的处理，返回原来的处理。

另一方面，当在步骤S300中输入了实测提取开始指令Sts而转移到了步骤S306的情况下，在特征频率成分提取部372中对存储于RAM 61中的实测振动值组Gavs实施阶次分析处理，从实测振动值组Gavs中提取实测频率成分As1～AsN。之后，转移到步骤S308。

在步骤S308中，在特征频率成分提取部372中，将在步骤S306中提取出的实测频率成分As1～As4存储于RAM 61中，转移到步骤S310。

在步骤S310中，在特征频率成分提取部372中，将诊断开始指令Sd输出给差分值运算部373，结束一系列的处理，返回原来的处理。

(比较诊断处理)

接下来，基于图9，对步骤S106的比较诊断处理的处理步骤的一例进行说明。

当在步骤S106中开始了比较诊断处理时，如图9所示，首先转移到步骤S400。

在步骤S400中，在差分值运算部373中将“1”代入到变量i中，转移到步骤S402。

在步骤S402中，在差分值运算部373中，从RAM 61中读出初始频率成分Aei和实测频率成分Asi，按照上式(1)来运算i阶成分的差分值Adi。而且，将运算出的差分值Adi输出给比较诊断部374，之后转移到步骤S404。

具体而言，例如，在变量i是“1”的情况下，差分值运算部373从RAM 61中读出初始频率成分Ae1和实测频率成分As1，运算“Ad1＝As1-Ae1”。

在步骤S404中，在比较诊断部374中，当从差分值运算部373输入了差分值Adi时，从RAM 61中读出与i阶成分对应的诊断阈值Thi。而且，对所读出的诊断阈值Thi与所输入的差分值Adi进行大小比较，在判定为差分值Adi在诊断阈值Thi以上的情况下(是)，转移到步骤S406，在判定为差分值Adi小于诊断阈值Thi的情况下(否)，转移到步骤S408。

具体而言，例如在变量i是“1”的情况下，比较诊断部374从RAM 61中读出与1阶成分对应的诊断阈值Th1，判定差分值Ad1是否为诊断阈值Th1以上。即，通过判定与i阶成分从初始值开始的变化量相当的差分值Adi是否为诊断阈值Thi以上来诊断有无异常。

在转移到了步骤S406的情况下，在比较诊断部374中诊断为在与i阶成分对应的构成部件中发生了异常。之后，转移到步骤S410。

另一方面，在转移到了步骤S408的情况下，在比较诊断部374中诊断为在与i阶成分对应的构成部件中没有异常。之后，转移到步骤S410。

在步骤S410中，在比较诊断部374中将步骤S406或者S408的诊断结果存储到RAM61中，转移到步骤S412。

在步骤S412中，在比较诊断部374中判定变量i的值是否与N(设定最大阶次)一致，在判定为一致的情况下(是)，结束一系列的处理，返回原来的处理，在判定为不一致的情况下(否)，转移到步骤S414。

在转移到步骤S414的情况下，在比较诊断部374中，将在当前的变量i的值上加1而得到的值代入到变量i中，转移到步骤S402。即，在当前的变量i的值是“1”的情况，将“1+1＝2”代入到变量i中。

这样，依次对实测频率成分As1～AsN进行比较诊断处理，诊断与各实测频率成分(各阶次成分)对应的构成部件是否发生了异常。

另外，在本实施方式中，采用了在一个双列圆锥滚子轴承3的附近配置一个加速度传感器的结构，但在包含双列或四列的轴承的情况下，也可以采用在各圆锥滚子列的附近分别配置一个加速度传感器的结构。在该情况下，构成为针对相同部件输出2～4个诊断结果。因此，例如在集中控制装置中，能够采用如下结构：将这些2～4个诊断结果显示于驾驶员座的监视器等上，或者根据针对相同部件的2～4个诊断结果来综合地判断各部件有无异常，将该结果作为诊断结果而显示在驾驶员座的监视器等上等。

(动作)

接下来，基于图10对本实施方式的铁道车辆1的具体的动作例进行说明。

当铁道车辆1开始运转，向包含旋转装置2在内的各种装置供给了电源时，轴速度传感器32开始检测车轴21的转速，加速度传感器33开始输出与旋转装置2产生的振动对应的加速度。于是，从轴速度传感器32输出的模拟的转速信号ω经由第一接口部37a作为数字的转速信号ωd而被输入至异常诊断部37d。

另一方面，从加速度传感器33输出的模拟的加速度信号Ga经由第二接口部37b作为数字的加速度信号Gad而被输入至异常诊断部37d。

此时，加速度信号Gad例如是被第二接口部37b的滤波电路(低通滤波器或者带通滤波器)去除了不需要的频率成分后的信号。

并且，异常诊断部37d在振动测定部371中判定当前是不是初始测定时机。这里，假设已经在RAM 61中存储有初始频率成分Ae1～AeN，振动测定部371判定为不是初始测定时机。并且，这里，假设N＝5，初始频率成分Ae1～Ae5被存储于RAM 61中。

因此，振动测定部371判定为当前是实测时机，开始测定实测振动值。

具体而言，振动测定部371根据以规定采样周期依次输入的转速信号ωd，判定车轴21的转速是否成为设定转速ωs。此时，如果是虽然不完全一致但在预先设定的误差范围内，则也可以判定为是设定转速ωs。

在判定为车轴21的转速成为设定转速ωs时，振动测定部371开始计时器63的计时，并且根据以规定采样周期依次输入的加速度信号Gad，将加速度值Gvd作为实测振动值而按照时间顺序依次存储于RAM 61中。然后，在判定为车轴21在设定转速ωs旋转的旋转状态经过了可诊断时间Td时，结束实测振动值的测定。由此，在RAM 61中存储有由在经过可诊断时间Td之前的期间内测定的实测振动值构成的实测振动值组Gavs。之后，将实测提取开始指令Sts输出给特征频率成分提取部372。

特征频率成分提取部372根据来自振动测定部371的实测提取开始指令Sts，对存储于RAM 61中的实测振动值组Gavs进行阶次分析处理，提取作为与旋转装置2的各构成部件中发生的异常相关的特征频率成分的实测频率成分As1～As5。

具体而言，特征频率成分提取部372通过FFT等处理而从实测振动值组Gavs中取得例如图10所示那样的频谱曲线。而且，如图10所示，提取基本频率fs的频率成分作为1阶成分，并且，这里，与初始频率成分Ae1～Ae5相应地，提取基本频率的2倍～5倍的频率成分作为2～5阶成分。而且，将这些提取出的1～5阶成分作为实测频率成分As1～As5存储于RAM61中。之后，将诊断开始指令Sd输出至差分值运算部373。

差分值运算部373按照来自特征频率成分提取部372的诊断开始指令Sd，运算差分值Ad1～Ad5，这些差分值Ad1～Ad5是存储于RAM 61中的实测频率成分As1～As5与同样地存储于RAM 61中的初始频率成分Ae1～Ae5的相同阶次之间的差分值。

而且，将运算出的差分值Ad1～Ad5依次输出至比较诊断部374。

比较诊断部374对从差分值运算部373依次输入的差分值Ad1～Ad5与存储于ROM62中的诊断阈值Th1～Th5中的阶次(末尾的数字)相同的值之间进行比较，对于差分值在诊断阈值以上的阶次，判定为与各阶次对应的部件中发生了异常，对于不到诊断阈值的阶次，判定为与各阶次对应的部件中没有异常。比较诊断部374将该诊断结果存储于RAM 61中，并且例如经由车载网络发送给集中控制装置。

在集中控制装置中，例如根据诊断结果，将作为对象的旋转装置2的每个诊断对象部件有无发生异常等诊断结果的信息与判明旋转装置2以及构成部件的位置的信息一同显示在驾驶员座的监视器上。并且，在发生异常时，根据异常的内容而显示催促部件更换的消息或警告消息，或者响起警报，或者点亮警告灯。

这里，双列圆锥滚子轴承3对应于轴承，车轴21对应于旋转轴，车轮22对应于旋转体，加速度传感器33对应于振动检测部，轴速度传感器32对应于转速检测部，比较诊断部374对应于异常诊断部。

(实施方式的效果)

(1)在异常诊断装置4中，加速度传感器33检测旋转装置2中产生的振动，该旋转装置2被构成为包含支承车轴21的双列圆锥滚子轴承3。轴速度传感器32检测车轴21的转速。振动测定部371根据轴速度传感器32的检测结果和加速度传感器33的检测结果，测定在车轴21以预先设定的设定转速ωs进行旋转时旋转装置2中产生的振动。

而且，特征频率成分提取部372从初始振动值(初始振动值组Gave)中提取与旋转装置2的异常诊断对象的异常相关的特征频率成分(初始频率成分Ae1～AeN)，其中，该初始振动值是振动测定部371在预先设定的初始测定时机测定的振动的值。特征频率成分提取部372从实测振动值(实测振动值组Gavs)中提取异常诊断对象的特征频率成分(实测频率成分As1～AsN)，其中，该实测振动值是振动测定部371在预先设定的初始测定时机以后的实测时机测定的振动的值。

进而，差分值运算部373运算实测频率成分As1～AsN与实测频率成分As1～AsN的差分值(差分值Ad1～AdN)。比较诊断部374对差分值运算部373所运算出的差分值Ad1～AdN与预先设定的诊断阈值Th1～ThN进行比较，根据该比较的结果来诊断每个异常诊断对象的异常。

通过该结构，对从在旋转装置2运转中的初始测定时机测定的初始振动值中提取的初始频率成分与从在旋转装置2运转中的实测时机测定的实测振动值中提取的实测频率成分之间的差分值(即从初始值开始的变化量)进行与诊断阈值的比较，从而能够根据该比较结果进行异常诊断。

这里，在轴承等旋转装置的构成部件发生了机械上的破损的情况下，伴随着部件内部的破损过大，振动、噪声增大，认为最坏的情况是绞入破损片而旋转被锁定。因此，为了避免这样的装置故障或事故，也需要在破损小的阶段进行检测并进行应对。

如果是上述(1)的结构，则能够在旋转装置2运转中(即在铁道车辆1运转中)进行异常诊断，因此得到了能够在早期发现异常的效果。而且，由于通过进行诊断阈值与差分值的比较而进行异常诊断，因此与以往相比，能够忽略因个体差异而引起的初始值的偏差，能够进行忽略因个体差异引起的偏差(仅着眼于变化量)的诊断阈值设定。其结果为，与以往相比，得到了能够容易地进行诊断阈值设定这样的效果。并且，实测振动值是因个体差异而引起的初始值的偏差与变化量的偏差的合计，但通过取差分而能够去除初始值的偏差，与此相应地得到了能够提高测定信赖性这样的效果。

(2)旋转装置2被构成为包含双列圆锥滚子轴承3、车轴21以及车轮22。异常诊断装置4将至少包含双列圆锥滚子轴承3、车轴21以及车轮22的旋转装置2的构成部件作为异常诊断对象。

如果是本结构，则能够诊断旋转装置2的每个构成部件的异常，能够对于每个构成部件进行修理和更换等。由此，能够降低与旋转装置的维修有关的成本。

(3)在异常诊断装置4中，特征频率成分提取部372通过阶次分析处理来提取特征频率成分(初始频率成分Ae1～AeN、实测频率成分As1～AsN以及第二实测频率成分Bs1～BsN)。

如果是本结构，则能够容易并且适当地提取与在旋转装置2的各构成部件中发生的异常相关的特征频率成分。

在此，通过阶次分析处理，作为阶次成分来提取的各特征频率成分与如下的各构成部件的故障内容分别对应：例如，如果是m阶成分(m是“1≤m＜N”的自然数)，则是轴承剥离；如果是(m+1)阶成分，则是装置旋转轴不均匀磨损等。

(4)在异常诊断装置4中，在特征频率成分提取部372在提取了初始频率成分后，在每次车轴21的转速成为设定转速ωs时，振动测定部371测定实测振动值，特征频率成分提取部372从所测定的实测振动值中提取实测频率成分，差分值运算部373运算初始频率成分与所提取的实测频率成分之间的差分值，比较诊断部374对运算出的差分值与诊断阈值进行比较，根据该比较的结果来诊断每个异常诊断对象的异常。

如果是本结构，则在提取初始频率成分后，每次车轴21的转速成为设定转速ωs时，自动地重复执行从测定实测振动值的测定开始到异常诊断为止的这一系列的处理。在上述实施方式中，对于在车轴21的转速成为设定转速ωs而开始实测振动值的测定之后经过可诊断时间Td之前车轴21每次以设定转速ωs进行旋转时振动测定部371所测定的实测振动值，执行特征频率成分的提取处理、差分值的运算处理、异常诊断处理。

由此，能够更早地检测在旋转装置2运转中发生的异常诊断对象的异常。

(5)在异常诊断装置4中，当在初始测定时机判定为振动测定部371测定了与预先设定的可诊断时间Td以上的时间相应的振动时，特征频率成分提取部372对于与可诊断时间Td以上的时间相应的初始振动值(初始振动值组Gave)实施初始频率成分(初始频率成分Ae1～AeN)的提取处理。当在实测时机判定为振动测定部371测定了与可诊断时间Td以上的时间相应的振动时，特征频率成分提取部372对与可诊断时间Td以上的时间相应的实测振动值(初始振动值组Gave)实施实测频率成分(实测频率成分As1～AsN和第二实测频率成分Bs1～BsN)的提取处理。

如果是本结构，则能够从对于异常诊断而言充分的量的初始振动值中提取初始频率成分，能够从对于异常诊断而言充分的量的实测振动值中提取实测频率成分。由此，能够根据适合进行异常诊断的特征频率成分来进行异常诊断，因此能够提高异常诊断结果的可靠性。

(6)双列圆锥滚子轴承3具有异常诊断装置4。

通过该结构，能够得到与上述(1)～(5)中的任意一项所述的异常诊断装置4的作用和效果同等的作用和效果。

(7)旋转装置2具有异常诊断装置4。

(8)作为一种产业机械的铁道车辆1具有异常诊断装置4。

(变形例)

(1)在上述实施方式中，作为检测振动的传感器，以加速度传感器为例进行了说明，但不限于该结构。只要是能够将因旋转装置2的振动而产生的物理量电信号化的装置，就可以采用使用其他传感器的结构，例如，AE(acoustic emission：声发射)传感器、超声波传感器、冲击脉冲传感器、麦克风等、或者速度、加速度、偏斜度、应力、位移型等。并且，在安装于噪声大那样的机械装置时，使用绝缘型的话，受到噪声影响的情形较少，因此优选。而且，在使用压电元件等振动检测元件的情况下，也可以将该元件模制在塑料等上而构成。

(2)在上述实施方式中，采用了对一个双列圆锥滚子轴承设置一个加速度传感器的结构，但不限于该结构，也可以采用对一个双列圆锥滚子轴承设置两个以上的加速度传感器的结构。

(3)在上述实施方式中，采用了对一个加速度传感器输出的加速度信号进行异常诊断处理的结构，但不限于该结构。例如，也可以采用如下结构：设置两个加速度传感器，通过异常诊断部对两个加速度传感器输出的两个加速度信号进行异常诊断处理。在该情况下，例如求出从两个加速度信号得到的两个加速度值的平均值，对该平均值进行异常诊断处理。

(4)在上述实施方式中，测定振动的车轴的转速仅设为设定转速ωs这一种，但不限于该结构，也可以采用设定多种转速的结构。在采用了该结构的情况下，能够根据针对各转速的诊断结果而进行综合的异常判断，能够提高异常诊断结果的可靠性。

(5)在上述实施方式中，作为支承旋转轴(车轴)的轴承，以双列圆锥滚子轴承为例进行了说明，但不限于该结构。例如，也可以构成为采用其他滚子轴承(圆筒滚子轴承、针状滚子轴承、自动调心滚子轴承等)、球轴承(深槽球轴承、角接触球轴承等)等其他轴承。另外，不限于双列轴承，也可以采用单列轴承、四列轴承等其他结构。

(6)在上述实施方式中，采用了以车轴(旋转轴)、轴承、车轮(旋转体)为异常诊断对象的结构，但不限于该结构。例如，也可以采用将安装于车轴的齿轮等其他构成部件作为异常诊断对象而包含的结构。例如，在将本发明应用于风车的旋转装置的情况下，除了构成该旋转装置的叶片(旋转体)、旋转轴以及轴承之外，还可以包含轮毂或发动机舱等作为异常诊断对象。即，本发明中，只要是构成组装有轴承的旋转装置的构成部件并且是能够根据振动中所包含的特征频率成分进行异常诊断的部件，不论是什么都能够将其作为异常诊断对象。并且，相反地，也可以采用仅将轴承作为异常诊断对象、仅将轴承和车轮作为异常诊断对象、仅将轴承和车轴作为异常诊断对象等包含轴承在内的范围内限定异常诊断对象的结构。

(7)在上述实施方式中，采用了将本发明应用于作为一种车辆的铁道车辆的结构，但不限于该结构，也可以采用将本发明应用于自动四轮车、自动两轮车等其他车辆的结构。

(8)在上述实施方式中，采用了将检测振动的传感器设置于双列圆锥滚子轴承的附近的结构，但不限于该结构，只要能够检测出包含与旋转装置的构成部件的异常相关的特征频率成分在内的振动，也可以采用设置于其他位置的结构。

(9)在上述实施方式中，采用了将本发明应用于作为一种产业机械的铁道车辆的结构，但不限于该结构。例如，只要具有组装了轴承的旋转装置，将可以将本发明应用于矿山机械、化学机械、环境装置、动力传递装置、坦克、商用洗衣机、锅炉/原动机、塑料机械、风力水力机械、运输机械、炼铁机械等什么样的产业机械。

(10)在上述实施方式中，采用了异常诊断装置安装于轴承端面的结构，但不限于该结构。也可以根据异常诊断装置的用途、环境耐性而采用例如将异常诊断装置配置于远离轴承的其他环境的结构。在该情况下，与设置于轴承附近的各种传感器，以有线或者无线的方式能够进行通信地连接。

并且，本发明不限于上述各实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等也应包含在本发明内。

以上，将本申请主张优先权的日本专利申请P2014-250033(2014年12月10日申请)的全部内容以引用例的方式包含于此。

在此，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利范围并不限于此，本领域技术人员明了基于上述的公开的各实施方式的改变。

标号说明

1：铁道车辆；2：旋转装置；3：双列圆锥滚子轴承；4：异常诊断装置；21：车轴；22：车轮；32：轴速度传感器；33：加速度传感器；37：电路基板；37a～37b：第一～第二接口部；37d：异常诊断部；371：振动测定部；372：特征频率成分提取部；373：差分值运算部；374：比较诊断部。

Claims

1.一种异常诊断装置，其具有：

振动检测部，其检测旋转装置中产生的振动，其中，该旋转装置被构成为包含支承旋转轴的轴承；

转速检测部，其检测所述旋转轴的转速；

振动测定部，其根据所述转速检测部的检测结果和所述振动检测部的检测结果，测定在所述旋转轴以预先设定的设定转速旋转时在所述旋转装置中产生的振动；

初始频率成分提取部，其从初始振动值中提取与所述旋转装置的每个异常诊断对象的异常相关的特征频率成分，其中，该初始振动值是所述振动测定部在所述旋转装置运转中的预先设定的初始测定时机测定的所述振动的值；

实测频率成分提取部，其从实测振动值中提取所述特征频率成分，其中，该实测振动值是所述振动测定部在所述旋转装置运转中的预先设定的所述初始测定时机以后的实测时机测定的所述振动的值；

差分值运算部，其运算作为从所述初始振动值中提取的所述特征频率成分的初始频率成分与作为从所述实测振动值中提取的所述特征频率成分的实测频率成分之间的差分值；以及

异常诊断部，其对由所述差分值运算部运算出的所述差分值与预先设定的诊断阈值进行比较，根据该比较的结果来诊断每个所述异常诊断对象的异常。

2.根据权利要求1所述的异常诊断装置，其中，

所述旋转装置被构成为包含所述轴承、所述旋转轴以及被所述轴承支承的旋转体，

所述异常诊断对象是至少包含所述轴承、所述旋转轴以及所述旋转体的所述旋转装置的构成部件。

3.根据权利要求1或2所述的异常诊断装置，其中，

所述初始频率成分提取部和所述实测频率成分提取部通过阶次分析处理来提取所述特征频率成分。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的异常诊断装置，其中，

在所述初始频率成分提取部提取所述初始频率成分后，每次所述旋转轴的转速成为所述设定转速时，所述振动测定部测定所述实测振动值，所述实测频率成分提取部从所述测定的所述实测振动值中提取所述实测频率成分，所述差分值运算部运算所述初始频率成分与所述提取的所述实测频率成分之间的差分值，所述异常诊断部对运算出的所述差分值与所述诊断阈值进行比较，基于该比较的结果来诊断每个所述异常诊断对象的异常。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的异常诊断装置，其中，

在判定为所述振动测定部在所述初始测定时机测定了与预先设定的可诊断时间以上的时间相应的所述振动时，所述初始频率成分提取部对与所述可诊断时间以上的时间相应的所述初始振动值实施所述初始频率成分的提取处理，

所述实测频率成分提取部在判定为所述振动测定部在所述实测时机测定了与所述可诊断时间以上的时间相应的所述振动时，对与所述可诊断时间以上的时间相应的所述实测振动值实施所述实测频率成分的提取处理。

6.一种轴承，其中，

该轴承具有权利要求1至5中的任意一项所述的异常诊断装置。

7.一种旋转装置，其中，

该旋转装置具有权利要求1至5中的任意一项所述的异常诊断装置。

8.一种产业机械，其中，

该产业机械具有权利要求1至5中的任意一项所述的异常诊断装置。

9.一种车辆，其中，

该车辆具有权利要求1至5中的任意一项所述的异常诊断装置。