滚动轴承故障诊断技术及诊断仪的研制

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1、北京理工大学硕士学位论文第一章绪论1.1轴承故障诊断的意义滚动轴承是旋转机械的主要基础零部件之一。它具有效率高，摩擦阻力小，装配、润滑方便等优点，因此得到了广泛的应用。滚动轴承在正常运转条件下，由于受到载荷、安装、润滑状态等因素的影响，运转一段时间后将会产生各种类型的失效。因此滚动轴承是旋转机械中较为薄弱的环节。滚动轴承产生失效的初期阶段，由于失效程度一般比较轻微，不易被人发现。由于发现不及时往往引起重大事故和损失。因此对滚动轴承失效过程的监测和早期发现技术已成为近年来国内外研究的重点。1.2课题来源铁路客货车辆的维修长期来沿用定期维修的制度，而车轮对轴承是重要部件。车辆行驶

2、中轴承故障屡见不鲜，断轴事故也时有发生，成为铁路车辆部门的一贯性问题。虽然铁道部明确规定使用五年以上的车辆轴承必须更新，轴承内部零件发生裂纹、剥落、磨耗等缺陷不许再拼装，但新轴承在使用中也会发生故障，新轴承在初期阶段还有一个多发故障时期，同样对运行安全性构成威胁。当前我国铁路上维修时对轴承的诊断主要依靠耳听、手摸的方法，一方面效率比较低，更重要的是没有一致的诊断标准，主要依靠工作人员的经验、感觉，人的主观影响比较大，误判率较高。每年有大量的正常轴承由于判断错误分解，造成大量的损失。由于车辆轮对轴承数量非常大，使用面广，如果能够采用科学的方法代替维修时耳听、手摸的判断方法，提高

3、判断的一致性和准确性，是有很大的实际意义的[1]。铁路部门对轴承的离线诊断主要分站修和列检两种。对轴承的在线诊断主要是用红外线诊断仪监测轴承的温度。站修诊断是对所有轮对轴承的周期性诊断，所以工作量是非常大的，需要一种自动化程度较高的诊断设备提高工作效率，减轻劳动强度。列检诊断是对红外线73北京理工大学硕士学位论文诊断仪报告的高温轴承进行诊断。有故障的轴承在运转过程中会造成温度升高，但高温轴承中有很多是正常轴承，因为轴承缺油、多油和许多新轴承在正常运转过程中温度会偏高。所以不可能将所有高温轴承更换。在列检段如果放过有故障的高温轴承或更换较多的无故障高温轴承都会造成大量经济损失。

4、由于列检段主要在野外，所以需要一种轻巧便携的诊断仪器。针对以上实际工作中的两种需求，我们与铁道部唐山车辆段合作，开发站修型和列检型两种RD2滚动轴承故障诊断仪。1.1主要研究内容本课题的主要内容是：设计调试列检型RD2滚动轴承故障诊断仪（以下称为列检型诊断仪）、站修型RD2滚动轴故障承诊断仪（以下称为站修型诊断仪）。列检型诊断仪是在列车列检站使用的一种辅助诊断仪器，用于诊断红外温度检测报警的高温轴承。其主要功能是：手动转动轴承，用声发射传感器检测转动过程中轴承的声发射信号，并对信号进行调制处理，通过对声发射信号的辐度、频率、能量的分析判断轴承是否有故障。对有故障的轴承进行声光

5、报警。列检型诊断仪主要使用环境是在野外，要求仪器小型化，携带、使用方便，使用温度范围宽。站修型诊断仪是在列站修点使用的诊断仪器，用于周期性检测列车所有的轴承。由于测试的工作量较大，测试数据较多，所以在完成轴承故障诊断的基本功能基础上还需要考虑使用方便性、管理可行性、测试数据处理的方便性。所以站修型诊断仪需要提供一个良好的人机界面，方便测试参数的设置，数据的录入；提供测试结果的存储、查询、导出功能，方便测试数据管理；考虑到管理的方便性，站修型诊断仪提供一个射频卡身份识别功能，对测试操作人员进行身份识别，并将检测结果、测试时间与测试人员信息同时存储。检测装置有串行通讯接口，可与计

6、算机进行通讯，也可将测试结果存入移动存储介质再导入计算机。本选题的工作重点是：1．声发射传感器结构设计73北京理工大学硕士学位论文传感器在测试系统中起着重要的做用，传感器的结构对传感器的质量、抗干扰能力有直接的影响。要设计高性能的检测系统，对传感器的结构对性能的影响进行分析是必要的。压电晶体传感器的输出阻抗很高，信号传输导线处于高阻状态，很容易拾取空间的干扰信号。同时声发射信号是非常微弱的，往往是微伏量级，实践证明，如果传感器结构设计不合理，在传感器表面或传输线上产生的干扰信号会比真实信号大几十倍。所以传感器的结构设计是本课题的一个研究重点。1．传感器前放电路设计声发射传感器

7、的前放电路在信号处理电路中是非常重要的。好的前放电路可以保证信号不失真、抑制噪声、提高信号抗干扰能力，为后续电路提供高信噪比的信号。如果前放电路设计不好，信号失真，噪声大或抗干扰能力差，后续电路很难调理出高质量的信号，会直接影响整个检测系统的性能。压电晶体传感器对静电干扰、输入阻抗比较敏感，对前放电路的要求较高。设计前放电路是要综合考虑压电晶体的特性、传感器结构、传输导线性能、电路及传感器电磁屏蔽、电路板布局、电源噪声处理等多方面因素，分析各种现场的干扰及噪声来源，所以要设计一种高性能的可靠的传感器前放