一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于軸承跑合試驗(yàn)中檢測軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量的軸承跑合異音 檢測系統(tǒng)，屬于軌道交通安全檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國軌道車輛向高速重載方向的發(fā)展，車輛產(chǎn)品的制造質(zhì)量越來越受到車輛 制造廠、車輛運(yùn)用部口，甚至社會各界的廣泛關(guān)注。軸箱裝置作為車輛的關(guān)鍵部件，其制造、 組裝質(zhì)量直接關(guān)系到車輛高速運(yùn)行時的安全性，其核屯、為軸箱軸承。軸箱軸承主要結(jié)構(gòu)由 外圈、內(nèi)圈、滾子和保持架四部分組成。內(nèi)圈通過液壓過應(yīng)力與軸徑進(jìn)行過盈裝配，運(yùn)行時 與輪軸同步旋轉(zhuǎn);外圈被安裝在軸箱或軸承座孔內(nèi)，起支撐車體的作用;滾子位于內(nèi)圈、外 圈之間，當(dāng)內(nèi)圈與輪對一同旋轉(zhuǎn)時，外圈保持不動，滾子與外圈、內(nèi)圈產(chǎn)生滾動摩擦，使其一 方面繞其軸屯、自轉(zhuǎn)，另一方面繞內(nèi)、外圈滾道滾轉(zhuǎn)。滾子的尺寸與個數(shù)決定了軸承承載力， 保持架通過分割滾子使其各自位于均勻間隔的位置上，防止相互碰撞摩擦，能夠確保各滾 動體獨(dú)立運(yùn)動。鐵路客車軸箱軸承為分體式軸承，在組裝前為分體狀態(tài)，組裝時依次進(jìn)行內(nèi) 圈組裝、外組件組裝、注脂、軸箱體密封等工作，其組裝作業(yè)相對于整體軸承較為復(fù)雜，若組 裝狀態(tài)不良，或產(chǎn)品自身質(zhì)量存在缺陷，極易造成軸承故障。
[0003] 軸承跑合試驗(yàn)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》，模擬輪對 運(yùn)轉(zhuǎn)情況的試驗(yàn)。在一定條件(轉(zhuǎn)速和時間）下，對使裝車前的貨車輪對進(jìn)行跑合，使?jié)櫥?涂布均勻，并檢測軸承的溫升、振動或異音情況，W此來檢驗(yàn)軸承的生產(chǎn)及組裝質(zhì)量。軸承 跑和試驗(yàn)有助于防止因軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量問題，而引發(fā)的輪對運(yùn)行早期的熱軸、燃軸事 故，進(jìn)一步完善了對軸承生產(chǎn)及組裝質(zhì)量的檢測，對于鐵道車輛的安全運(yùn)行有著重要的意 義。
[0004] 分體式軸承的最終組裝工作由軸箱組裝單位完成，而非軸承生產(chǎn)廠家進(jìn)行，為驗(yàn) 證軸承自身及組裝質(zhì)量，分體式軸承組裝后須進(jìn)行跑合試驗(yàn)。軸承在跑合的過程中主要有 四種特征頻率段的聲音，主要是保持架特征頻率、外圈的特征頻率、內(nèi)圈的特征頻率和滾子 的特征頻率，當(dāng)軸承的上述的某一地方發(fā)生故障時，會導(dǎo)致其頻率幅值發(fā)生變化，產(chǎn)生異 音。異音信號為軸承的故障聲音信號，包含軸承的缺陷信息，通過對異音信號的檢測和分 析，可W直觀地判斷軸承的生產(chǎn)和組裝質(zhì)量。
[0005] 對于跑合過程中的軸承異音檢測，目前的方法是人工傾聽檢測，結(jié)果判定具有一 定的主觀性，檢測數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)確的量化評價結(jié)果。另外軸承跑合現(xiàn)場不可避免地存在外界 聲音干擾，且跑合試驗(yàn)臺運(yùn)行及合格軸承跑合本身也不可避免地產(chǎn)生一定聲音，因此人工 分辨軸承異音也有一定的難度，需有一定經(jīng)驗(yàn)的工作人員才能勝任。另外，人工檢測的原始 數(shù)據(jù)不能保存，對單個工件檢測結(jié)果不能進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記錄。軸承作為車輛的核屯、部件， 目前的異音檢測是其組裝過程中質(zhì)量控制的瓶頸環(huán)節(jié)之一，迫切需要開展相關(guān)檢測技術(shù)的 研究工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于工作人員直觀、 簡單地掌握軸承跑合試驗(yàn)的異音狀況和其他安全狀況，快速準(zhǔn)確地判斷跑合試驗(yàn)結(jié)果。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是:一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，包括 信號采集模塊，所述信號采集模塊包括用于檢測跑合過程中軸承發(fā)出的聲音信號的聲音傳 感器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述信號采集模塊還包括與所述聲音傳感器電連接的發(fā)射裝置，用于 將檢測到的原始聲音信號通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0008] 所述判定模塊包括聲音判定模塊，所述聲音判定模塊包括時域判定子模塊和頻域 判定子模塊;所述時域判定子模塊用于對原始聲音信號的峰值因子、峭度和偏度進(jìn)行判定， 若所述峰值因子、偏度、峭度S個值都不在設(shè)定的闊值范圍內(nèi)，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出 警報并將所述故障聲音信號轉(zhuǎn)化為故障聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述頻域判定子模 塊用于對原始聲音信號轉(zhuǎn)化得到的聲音頻譜圖進(jìn)行判定，若聲音頻譜圖的特征頻率段和非 特征頻率段的聲壓均大于設(shè)定的聲壓闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出警報并將所述故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊；
[0009] 所述專家系統(tǒng)模塊中包含專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，所述專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中儲存有不同軸 承故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖；專家系統(tǒng)模塊對判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行對比，判定故障類型;若沒有 對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖，無法確定故障類型，則工作人員對存在故障的軸承進(jìn)行檢查確定 故障類型，將故障聲音頻譜圖作為該故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖存儲于專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 中，更新專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；
[0010] 所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于儲存試驗(yàn)基本信息和信號采集模塊采集到的原始數(shù)據(jù)信 息。
[0011] 本發(fā)明中所述原始聲音信號的峰值因子、峭度、偏度可由式（1)、（2)、（3)計(jì)算而 得：
[001引式中X功原始聲音信號，i = l~N，i為聲音采樣點(diǎn)序號，N為聲音采樣總點(diǎn)數(shù)，Ximax 為原始聲音信號的聲壓最大值，Ximin為原始聲音信號的聲壓最小值;E(Xi)為原始聲音信號 Xi的數(shù)學(xué)期望值；￡如二，式中.
，則巧X,) = ，即E(Xi)為原始聲音信號 Xi的平均聲壓值;RMS為原始聲音信號Xi的均方根，指是對N個采樣點(diǎn)的原始聲音信號Xi的平 方均值求二次根，即
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] -、系統(tǒng)通過分析時域和頻域特征來診斷軸承是否故障，比人工判定的準(zhǔn)確性更 加高，且對工人技能水平的要求不高，方便易操作。
[0018] 二、系統(tǒng)可W將采集到數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，并通過數(shù)據(jù)不斷提高專家系統(tǒng)判定軸 承故障類型的準(zhǔn)確度，同時數(shù)據(jù)還可W導(dǎo)入其他分析軟件，方便二次利用數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，本 發(fā)明所述時域判定子模塊設(shè)定的峰值因子闊值范圍為2~5,峭度闊值范圍為2.5~3.5,偏 度闊值范圍為-0.02~0.02。
[0019] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述頻域判定子模塊設(shè)定的特征頻率段和非特征頻率段的聲壓闊 值分別為0. 〇67pa和0.014pa。
[0020] 上述聲壓闊值和闊值范圍的設(shè)置有助于準(zhǔn)確判斷軸承是否出現(xiàn)故障。
[0021] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述專家系統(tǒng)模塊對判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行對比，判定故障類型的具體 做法是:專家系統(tǒng)模塊對判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行逐點(diǎn)一一對比，若頻譜圖中所有對應(yīng)點(diǎn)的整體重合 度達(dá)到設(shè)定值(對應(yīng)點(diǎn)的誤差在0.1% W內(nèi)，則判定對應(yīng)點(diǎn)重合），則判定故障類型即為所述 標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖對應(yīng)的故障類型，若故障聲音頻譜圖與多個標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖的重合度均達(dá) 到設(shè)定值，則判定故障類型為與所述故障聲音頻譜圖重合度最高的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖對應(yīng)的 故障類型；若沒有與所述故障軸承的聲音頻譜圖重合度達(dá)到設(shè)定值的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖，貝U 判定沒有對應(yīng)的故障類型，無法確定故障類型。
[0022] 運(yùn)樣可W簡單準(zhǔn)確地判斷故障聲音的故障類型。
[0023] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述專家系統(tǒng)模塊對判定模塊傳過來的故障聲音頻譜圖進(jìn)行掃 描，與專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中各種故障類型的標(biāo)準(zhǔn)聲音頻譜圖進(jìn)行逐點(diǎn)一一對比判定故障類型 的重合度設(shè)定值為90 %~95 %。
[0024] 上述重合度設(shè)定值有助于準(zhǔn)確判斷軸承故障類型。
[0025] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述信號采集模塊還包括分布于跑合輪對左右兩個軸承箱的上 表面，用于檢測跑合過程中軸承箱表面的實(shí)時溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器與發(fā)射 裝置電連接，發(fā)射裝置將檢測到的原始溫度信號通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù) 存儲模塊;所述判定模塊還包括溫度判定模塊，所述溫度判定模塊用于對原始溫度信號進(jìn) 行判定，若溫度超過設(shè)定的溫升闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障并將故障聲音信號轉(zhuǎn)化為故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述數(shù)據(jù)存儲模塊儲存的原始數(shù)據(jù)信息包括原始聲音信號 和原始溫度信號。
[00%]再進(jìn)一步，本發(fā)明所述溫度判定模塊設(shè)定的溫升闊值為40°C。
[0027] 通過溫度的監(jiān)測有助于整體判斷軸承的安全狀況。
[0028] 更進(jìn)一步，本發(fā)明所述信號采集模塊還包括分布于跑合輪對左右兩個軸承箱的上 表面，用于檢測跑合過程中軸承箱表面的環(huán)境濕度的濕度傳感器，所述濕度傳感器與發(fā)射 裝置電連接，發(fā)射裝置將檢測到的原始濕度信號通過有線或無線方式傳給數(shù)據(jù)存儲模塊； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊儲存的原始數(shù)據(jù)信息包括原始聲音信號和原始濕度信號。
[0029] 通過濕度的監(jiān)測有助于整體判斷軸承的安全狀況。
[0030] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述數(shù)據(jù)存儲模塊儲存的試驗(yàn)基本信息包括檢測時間、跑合輪對 型號、跑合時長。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的整體系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的系統(tǒng)傳感器布設(shè)狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00削實(shí)施例一
[0034] 圖1，2示出，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是:一種軸承跑合異音檢測系統(tǒng)，包括信 號采集模塊，所述信號采集模塊包括用于檢測跑合過程中軸承發(fā)出的聲音信號的聲音傳感 器，所述信號采集模塊還包括與所述聲音傳感器電連接的發(fā)射裝置，用于將檢測到的原始 聲音信號通過有線或無線方式傳給判定模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0035] 所述判定模塊包括聲音判定模塊，所述聲音判定模塊包括時域判定子模塊和頻域 判定子模塊;所述時域判定子模塊用于對原始聲音信號的峰值因子、峭度和偏度進(jìn)行判定， 若所述峰值因子、偏度、峭度S個值都不在設(shè)定的闊值范圍內(nèi)，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出 警報并將所述故障聲音信號轉(zhuǎn)化為故障聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;所述頻域判定子模 塊用于對原始聲音信號轉(zhuǎn)化得到的聲音頻譜圖進(jìn)行判定，若聲音頻譜圖的特征頻率段和非 特征頻率段的聲壓均大于設(shè)定的聲壓闊值，則判定軸承出現(xiàn)故障，發(fā)出警報并將所述故障 聲音頻譜圖傳給專家系統(tǒng)模塊;本例中聲音信號的采樣率48000,采樣點(diǎn)數(shù)4096,轉(zhuǎn)化為頻 譜圖為11.7化Z-個點(diǎn)。
[0036] 所述專家系統(tǒng)模塊中包含專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，所述專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中儲存有不同軸 承故障類型