车辆故障诊断协议（通用6篇）
车辆故障诊断协议 篇1
引言
1 故障诊断技术的概念
故障诊断其目的是为了保证客车的设备可靠的安全运行, 并且有效达到设备功能。对车辆来说, 保证设备的可靠安全运行是一项基础措施, 诊断技术的目的也是相应的, 它的主要任务是通过对设备的观察、检测获得的信息进行识别设备的状态, 故障诊断的工作内容大致包括:信号的检测、获取设备特征、状态识别、预测决策等等, 这也是故障诊断的实施过程, 在工作内容中的状态识别是整个实施过程的根本和关键, 专业上更完整的名字为“机械设备状态检测与故障诊断技术”。
2 诊断技术的特点
车辆是由多种机电部件组成的复杂系统, 其复杂系统表现在结构、动态特性、功能这三个方面。
在结构上, 由多个子系统组成, 以25T型客车举例说明, 大致可分为牵引、电力、辅助、制动、行走等几个子系统, 在这些子系统下又有下级子系统, 如电力系统又可以分为电源、控制、空调、安全监测、生活辅助等。所以, 我们需要了解系统层次, 每个层次的系统结构复杂程度, 还要区分、确定它们是否是相互联系。
动态特性它具有非线性和时变性的特点, 它的动态信号是非平稳的, 如在我们日常车辆检测中的柴油机机组的震动响应。一般说来这等情况较为普遍, 即使正常运转是线性, 若出现故障也会表现出非线性和非平稳性, 这让我们诊断增加了困难。
在功能方面, 由于结构的复杂性, 系统的输入与输出和客观环境下, 系统相同的输出也很难完全一致, 所以, 输入与输出及环境之间的关系不明确。
3 电气控制系统故障的诊断相关研究
故障的诊断方法有很多, 在我们进行诊断前, 需要对设备的状态信息有所了解如:声、光、压力、温度、振动、电参数等。在故障诊断过程中, 应该采用新的特征提取和状态识别的方法, 在有些时候, 设备的状态信号就是特征, 例如柴油机排气温度、电压、发电机电流等, 如能准确的反应其状态的话, 那么更容易测试和判断故障, 如果遇到提取特征较为困难的, 应采用适合特征的提取方法和装置, 如在国内应用较多的“震动诊断”中共振调解技术。它能准确的区分常规震动和故障冲击, 能对微小的故障冲击进行敏锐捕捉, 所以便于分析、诊断故障的内容、程度、部位, 从而达到得出准确的诊断结论。由于电气控制系统是复杂性的, 应该细心的观察及实验加以丰富的实践经验, 从而得到正确的故障的真正原因。笔者总结了常见的电气控制系统的故障, 大致有:检测法、经验法、状态分析法、推理法、单元分割法等。
3.1 检测法
检测法主要依托仪表仪器作为辅助工具对电气线路故障进行诊断的检修方法。由于市面上仪表仪器存在的种类比较多, 更新较快, 所以检测法也发展的很快。且由于车辆电器复杂程度随技术的提升逐年提高, 各种工控机, 计算机等高频数字、模拟电路大量应用, 检测手段也逐渐从仪表检测提升为示波器、专业试验台检测, 检测故障的准确率大大提高, 检测手段也日益增多。
3.2 经验法
个人认为在这几种方法中, 以检测法得出的结论最为准确, 而经验法操作简单便捷, 一般用于简单的故障查找, 余下的方法都需要依靠经验法和检测作为基础的。在经验法中常用的方法很多, 主要为:弹压活动部件法, 它用于活动部件, 比如一些接触器的衔铁、按钮、开关等。在遇到弹压类的活动部件的故障时, 可以根据实际情况采用喷一定量的电器复合剂, 从而达到清除触电及弹簧等部位的尘垢, 还能起到润滑作用。交换法, 如果有2台或2台以上的电气控制系统时, 那么可把系统划分几个部分, 把每个系统的部件进行交换。当交换到某一个部分或部件时, 电路恢复正常, 而将故障交换到其他设备上时, 并且该设备出现了同样的故障, 由此我们可以得知故障就在这个部分或部件。
3.3 状态分析法
电气设备在一定的状态下工作, 我们可以对这些状态简单分为:运行状态或停止状态。当我们在查找电气故障时, 应该根据设备所处在不同状态下进行分析, 这就要求我们对设备的工作状态需要有更详细的、更具体的进行划分, 同时也要区别清除某些设备部件或零件可能处在不同的状态, 当这些划分越仔细, 可以大大提高找出电气故障的几率。
3.4 推理法
一般根据出现故障的设备, 依次从电源, 控制设备及电路进行分析并查找故障, 反之也可以, 这两种形式都是比较常用的。
3.5 单元分割法
电气控制系统是一个复杂的电气装置, 通常情况下以若干个功能相对独立的单元结构。当我们查找电气故障时, 若能将这些单元分割开, 再根据故障的现象, 就可以把故障范围限制在某一个单元或几个单元上。这种方法通常用于绝缘或漏电故障时。
综合上述, 可以根据电气设备故障的具体情况, 总结出一套属于自己的查找方法, 找出故障的原因, 准确的排除故障, 保证设备正常的、安全的运行。以下就以TKD-1T2客车空调机组的原理图为大家介绍。
TKD-1T2型客车电气控制系统空调机组以CPM2A-CPU61主机和I/O扩展模块CPM1A-20EDR1为核心部分。通过车厢内的温度传感器 (PT100铂电阻) 检测的车内温度与预先设定的温度值进行比较, 通过触摸屏上的工作菜单, 可以设定参数、选择各种工况、实现对空调机组的弱风、强风、半暖、全暖、半冷、全冷等工况自动化控制及手动控制;正常工作状态时, 选择使用电流、电压传感器实现对空调压缩机或空气加热器的工作电流、机组运行时间并进行运行参数记录。同时可以实现通风机与冷凝风机的过载故障、压缩机的压力故障与过流故障、加热器内部超温故障等故障的判断、保护转换、报警提示、故障数据记录等功能。
4 结束语
综合上述, 故障诊断技术伴随着现代科学技术的发展, 到了一个新的领域, 它关乎系统的安全、可靠性的重要保障技术, 关系到社会效益和经济效益。故障诊断的方法日益多样化, 在面对不同的故障设备、故障类型, 选择适合其的故障诊断方法, 这样才能及时的、快速的、准确的排除故障, 从而保证设备的正常运行。
摘要：笔者以多年从事客车车辆故障维修的经验作为基础, 来谈在保证客车安全运行的角度上, 促进诊断技术的发展。以诊断技术的概念及特点作为前言, 然后分析客车故障的诊断方法、维修等, 最后展望客车车辆监测诊断技术。希望能给行业从业人员一些参考和建议。
关键词：客车,车辆故障,诊断技术,车辆维修
参考文献
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车辆故障诊断协议 篇2
1 军用车辆故障诊断分析方法
车辆故障诊断是指车辆在不解体 (或仅拆卸个别部件) 的条件下, 确定车辆技术状况, 查明故障原因及部位的检查。诊断军用车辆故障要充分了解车辆的使用维修和故障的发生情况, 对于车辆上出现相对简单和明显的故障, 只凭经验和感官即可找到原因和部位;对于疑难故障, 一方面, 要掌握正确的诊断思路, 灵活的运用多种经验方法, 有时还要凭仪器和专门的故障诊断设备才能找到。军用车辆在行驶途中发生故障, 通常由军车驾驶员当场检查、当场诊断、当场排除, 才能使车辆继续行驶。车辆出现故障后应按照“结合结构、联系原理、弄清现象、结合实际”, 遵循“先易后难、从简到繁、由外到内、分段查找、逐步缩小范围”的原则, 通常采用人工经验法、仪器设备法对故障进行分析诊断。
1.1 人工经验法
人工经验法是指车辆检查人员凭一定的理论知识和实践经验, 通过原地或道路试验, 借助于简单工具, 用眼看、耳听、手摸、路试等手段, 对车辆技术状况和故障进行定性分析、判断的一种方法。其特点是:不需要采用设备及特定的条件, 适用于野外环境, 但诊断的准确性很大程度上取决于诊断人员的技术水平, 对于隐潜的故障往往不易查实。虽然缺点较多, 但简便实用、灵活机动, 特别适用于军用车辆野外作业。主要包括以下几个方面:
(1) 问, 即是向驾驶员询问车辆故障前的征兆、车辆行驶里程、使用环境情况、保养修理、故障现象和发生过程的相关情况;
(2) 看, 通过外部观察有故障疑点的机构、总成、零部件以及能够显示故障的指示情况, 如各仪表指示数值、报警指示、机体的变形裂痕、排气管排烟的颜色、外部滴漏的油、水迹, 再结合其他情况分析、判断车辆工作情况;
(3) 摸, 用手感触故障部位的温度变化、震动情况等, 从而判断出车辆实际情况与理论工作状况之间的差异, 如车辆行驶一段时间后用手触摸轮毂、变速器、后桥的温度变化情况;
(4) 听, 根据车辆在不同的工作情况, 不同的工作部位发出的响声规律, 判断零部件工作情况, 如发动机的工作异响反应发动机某些部位的故障。如气缸内有无爆震声、气门响、活塞敲缸响、异常摩擦声等;
(5) 试, 就是通过各种试验的方法, 使故障现象充分的显现出来, 如按喇叭、按开关、踩油门使发动机转速升高或降低, 短距离路试等, 必要时还可替换好的总成或零部件进行替代试验;
以上方法的使用要结合车辆使用具体情况, 多种方法综合来分析判断车辆存在的故障, 不同的故障现象应根据情况灵活运用。
1.2 仪器设备诊断法
仪器设备诊断法是诊断人员采用现代检测诊断仪器或专用仪表设备, 如解码器、发动机综合性能分析仪、红外气缸温度检测仪等设备, 对军用车辆各种诊断参数进行检测、试验、分析, 最终确定测试车辆性能和故障的参数、曲线或波形, 并与正常技术状况进行比较, 从而能够准确地判断出军用车辆技术状况和故障。这种诊断方法诊断速度快, 结果准确, 能发现一些隐蔽性故障和复杂的综合性故障, 诊断参数的精确度也比较高。
1.3 故障诊断分析思路
对于军用车辆来说, 一般在物质运输过程中维修条件相对简陋, 仪器设备相对缺乏, 要是在战时情况出现故障, 首要要保证车辆的基本行驶功能, 驾驶员和随车保障人员应保持思路清晰, 有步骤有目的的进行检查与分析, 特别是执行重要任务期间, 切不可手忙脚乱盲目检查, 胡乱拆卸, 应根据故障的异常征兆、迹象、响声、出现时机、变化规律来寻找故障产生部位。从结构与原理层面进行细致的分析推理, 遵循由简单到复杂, 由外表到内部, 按系统分段进行筛选, 只有建立在科学、认真分析的基础上才可以进行拆卸。车辆运行途中常见故障主要有三大部分:电路故障、油路故障、机械故障, 针对具体现象首先确定故障在哪一部分, 有时也会出现综合性故障, 这时候就需要逐个排除, 按照先机械后电子, 先一般后专项, 先易后难的规则确定故障部位。
2 军用车辆发动机不能正常起动故障诊断对策
车辆发现不能正常起动, 应观察车辆周围有无漏油、漏液现象, 将车辆的保养使用情况用来作为判断故障的参考, 诊断故障时首先将点火钥匙转到启动档 (START档) 位置听工作声音, 可以判断车辆无法起动的原因大致上可分为两个方面:
一种是听不到发动机转动, 同时起动机也不转动或者只能听到一声咔哒声, 这表明起动机不能运转, 或者运转动力不足。此时可做如下检查:
(1) 确定档位在空档位置, 如果车辆由电源总开关, 将电源总开关打至接通位置, 点火锁转至ON位置, 打开大灯开关, 观察大灯亮度。如果大灯不亮或者比较暗, 说明电源电路断路、接触不良或者蓄电池缺电, 此时可以通过跨接借电方式使车辆临时起动。
(2) 若电源电路正常, 点火锁转至START档, 起动机不工作, 此时应检查保险丝、起动控制电路、及起动机是否出现机械故障。
另一种是发动机旋转有力, 但是不能够正常发动, 此时说明起动电路正常, 故障大概在发动机部位。按照由简到繁顺序可以做如下检查:
(1) 检查油箱油量及油质, 以及停油控制装置是否工作, 如果在寒冷的冬季还应检查燃油预热装置;
(2) 通过外观检查空气滤器是否堵塞及排气制动是否卡滞, 影响车辆正常发动;
(3) 通过喷油泵联轴器观察供油提前角是否发生错位, 使供油时机改变;
(4) 若其他都正常, 对于柴油车辆, 应拧松喷油泵排气螺钉, 扳动手油泵, 观察排气孔是否流出柱状燃油, 若不流油说明故障在低压油路, 若出油正常, 需要拆下高压油管判断高压油路以及喷油器是否出现故障。
一般来说只要方法正确, 思路清晰, 手段得当, 就可以快速诊断出车辆不能正常起动的故障部位和原因。
3 结束语
军用车辆由于使用条件复杂、维修保障条件差, 对于车辆驾驶员掌握故障诊断的常用方法, 做到多种方法灵活运用, 会分析常见故障的原因, 并据此总结车辆常见故障诊断与排除的方法, 对提高军用车辆使用能力和生存适应能力具有重要意义。
摘要：本文针对军用车辆担负任务多样, 工作环境复杂, 出现故障后, 诊断分析相对困难的情况, 论述了军用车辆故障诊断分析的常用方法与故障诊断的思路, 并据此总结了军用车辆不能正常起动故障的诊断应对措施。
车辆故障诊断协议 篇3
关键词：液压装置,特种车辆,故障诊断,维护系统
0 引言
某企业生产了一辆载重上百吨的特种装载工具。由于该种装载机器的载重较大,因此其成为了主要的路上交通工具,但是这种装载机器的结构非常复杂,液压装置的技术含量也非常高,与此同时这款装载车的生产也标志着我国自主生产大型装载车的能力有待提升,不再依赖于进口的装载车。对于这种特种车来讲,液压系统是其核心成分。特种车辆的液压装置主要由驱动系统、转向系统、冷却系统、升降系统这四部分构成,通常来讲,该类车的液压系统受到损害时不容易被察觉并且受到损害的偶然性较大。再加上该类车通常具备驱动、升降等等功能,结构非常复杂,因此给修理与维护工作带来了难度。正因为如此,本文要解决这类型车辆液压装置故障诊断问题并对症下药设计进行相关的维护系统设计。
1 特种车辆液压装置故障诊断
由于特种车辆自身的特殊性,要找到其故障发生的具体原因难度相当大,因此通常都会采用建立故障树的分析方法来进行故障诊断。故障树分析法的存在就是专门针对系统较为复杂的车辆而设立的,通过这种方法可以衡量系统的安全性以及可靠性,并且找到系统故障的因果关系。
在检测液压系统的故障时,可以参考相关的故障记录来获取更多的故障信息。通过分析该公司的故障记录不难发现,故障总是升降不平的。会出现这一原因可能是因为系统的某一升降单点无法正常上升、下降后者出现中位沉降等现象等。一般而言,在系统的升降系统和转向系统中都会有一个变量泵,在升降比例阀中还会存在着一个梭阀反馈信息,该梭阀与转向系统中梭阀反馈信息一道控制变量泵的变量机构。
在检测特种车辆液压系统的过程中所用到的故障树定量分析的主要作用是为了得到准确的顶事件发生的具体概率同时分析各个组成单位的重要度。确定顶事件的发生概率主要是根据企业多年统计的元器件的失效率来评判顶事件的具体发生率,通过这种方式使顶事件发生概率高的故障树能够得到改善,进而尽可能的减少液压系统发生故障的概率。
在运用了故障树分析法进行特种车辆的故障问题分析时可以发现这种分析方法在逻辑性上非常强,并且并不空洞,通过这种方法能够全面的了解整个系统,在较短的时间内发现故障间的关系,更重要的是通过这种方法还能发现整个系统中所存在的潜在故障问题,进而避免相关的维修人员花费长时间去找寻故障原因,盲目的进行修理,有利于缩短维修时间。鉴于液压系统本身是一个串联的系统,因此随着液压元件的增加,整个系统的可靠性就会下降,因此不难发现,应该尽量减少串联中元件的数量以及串联环节。
2 维护系统设计研究
鉴于特种型车辆有其自身的特点,为了使货物的卸载更加方便,尽量缩短整备时间以及减少液压系统故障的发生,因此特种型车辆经常采用全液压驱动的装备,并且通常采用执行元件也就是液压油缸的伸、缩动作来完成全部。在设计液压系统的同时可以在学习国外先进技术的同时进行设计工作。通常来讲,一个液压系统都是由油缸、液压泵站、管系三部分构成,并在35MPa的额定压力下通过手动控制方式运行。通常来讲,这类液压系统都采用柴油机作为其动力提供者。
液压系统主要采用定量柱塞泵的形式,利用操作泵站的手柄使得输出的流量也成一定的比例,通过这种方式使得整个油缸的伸、缩的速度能够得到合理的控制。在设计过程中的平衡阀的主要作用是在负载作用腔产生一定的被压,并且通过平衡负载的作用力达到液压锁的目的,在一些变幅回路中,平衡阀是必不可少的重要元件。在液压系统中,如果节气门的开度太大,就会同样的使得发动机的输出功率和变速器的转矩都变得非常大,在这种情况下要尽量避免制动器、离合器等等元件发生打滑的现象,并且还要特别注意的是由于主油路油压要求在节气门的开度增大时而能够自如的升高,并且将节气门油压反馈到主调压阀弹簧端,从而达到升高主油路油压的作用。再者,由于倒挡所需的时间非常短,如果要使变速器的尺寸有所减少的话,就要使得在设计上使倒挡离合器和倒挡制动器所使用的摩擦片使用数量尽量的少,进而使得其传递的倒矩与前进挡相比非常大,使其不会发生打滑现象,同时还要求倒挡工作时的油压要达到一个非常高的数值,这一目标可以通过将手控阀的倒档油压反馈至主调压阀的最下端,从而升高主油路的油压。
全液液压装置阀的上面与节气门油压和弹簧力是连接在一起的并对其产生作用,阀的下端同时作用着上面的速控油压。当柱塞处于下方时,说明速控油压力小于向下的合力,在这种情况下时,变速器就一直处于抵挡的状态。当速控的油压上升时,速控油压就会把柱塞推至最高点,进而改变了油路,变速器也就会升高一档。
3 结语
车辆故障诊断协议 篇4
在城市轨道交通日益发达的今天, 地铁车辆行车安全要摆在首要位置, 车辆行走部转向架更是重中之重。通过对走行部关键部件 (轴箱轴承、齿轮箱轴承、牵引电机轴承) 的状态监测和数据处理, 可以实时诊断、科学评估车辆走行部运行状态, 能够对故障进行精确识别和提前预警, 保障行车安全。
2 系统工作流程
走行部故障诊断系统主要由以下部件组成:列车主机、车辆分机、前置处理器、复合传感器等;每列车2台列车主机;每辆车1台车辆分机;动、拖车每转向架配置2台前置处理器;每轴箱、小齿轮箱和牵引电机各1个复合传感器。详见图1。
复合传感器的功能
复合传感器是由敏感元件和信号处理器构成, 实现温度、振动、冲击3个物理量的复合检测、远传和抗干扰的一体式受感部件。
前置处理器的功能
前置处理器是实现所辖测点的复合传感器管理、信号的预处理并与车辆分机交互通信的部件, 它将温度信息和模拟信号以总线方式传输到车辆分机。
车辆分机的功能
车辆分机是实现本车辆前置处理器管理、信号采集、数据暂存和分析诊断并与列车主机交互通信的装置。
列车主机的功能
列车主机是实现车载系统集中管理、全列信息集中显示、数据传输与集中存储的装置。
全列车由贯通的屏蔽双绞电缆组成总线通信网络, 形成数据通信网络和转速脉冲信号实时通信网络。列车主机通过MVB或以太网将实时监测信息和诊断报警信息传输给TCMS。
具体信息处理流程如下:a.由布置在走行部的复合传感器测量温度、振动和冲击信息, 并转换成电信号;b.经前置处理器处理, 传输到车辆分机对信号进行隔离、滤波、共振解调变换、A/D采集处理;c.由列车主机诊断模块进行数据分析处理并给出诊断结果, 并传输给TCMS, 从而实现走行部关键部件的实时状态评估。
3 走行部传感器布置
复合传感器安装在监测轴承的承载区部位, 且安装方向需要与冲击信号方向一致。动车具体在轴箱轴承、齿轮箱轴承、牵引电机轴承处布置测点, 详见图2。拖车仅监测轴箱测点, 测点位置与动车测点一致。
4 系统特点
4.1 系统实时监测, 实时诊断, 确保运营安全。
4.2 系统具备自动诊断功能, 故障诊断模型程序化, 行车自动输出诊断结论, 无须人工参与。全自动完成系统自身检查, 实现自我诊断。
4.3 多个物理量 (冲击、振动、温度等) 综合诊断可保障故障诊断准确率高。
4.4 可以在强大的、复杂的无害的机械振动环境下, 提取到微小的非常有害的机械冲击, 实现故障早期预警。
4.5 准确反映故障危害程度, 保障车辆运营安全;可实现分级报警。
4.6 准确识别故障部件, 故障类型、故障程度, 节约维修成本。故障诊断可精确到部件。
4.7 能够提供历史与趋势分析对比, 跟踪列车的走行部状态, 减少定期检修工作量。
4.8 系统具备大数据分析管理系统, 能够统计出车辆转向架故障多发部件及存在故障隐患的部件, 科学指导车辆维护。
5 展望
走行部的状态信息和故障诊断是行车安全的重要指标。为了提高走行部的状态监测能力, 复合传感器将向更多物理量方向发展, 包括多向振动、加速度和噪声等。为了提高故障诊断能力, 诊断系统将会借助大数据和云计算来提升走行部状态评估的时效性和准确性。相信更多新技术的应用, 会进一步保障城市轨道交通的行车安全。
参考文献
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车辆故障诊断协议 篇5
随着高速列车的不断涌现和铁路大提速的不断进行, 对车辆滚动轴承状态实现准确检测显得十分重要。准确发现车辆轴承故障, 精确诊断故障类型, 适时维修、更换, 是提高车辆轴承利用水平, 避免出现机破、脱轨等严重生产安全事故的重要手段。传统轴承检测采用的是温度测量法, 也就是通过轴承在实验台的运转, 监测温度变换, 这种方法对小故障的诊断比较慢, 而且对潜在的故障检测不到, 隐藏着巨大的安全隐患。为解决此问题, 本文介绍了一种噪声法测量车辆滚动轴承工况信号的系统, 并建立了滚动轴承特征故障频率的数学模型。与传统的故障诊断系统相比, 具有信号的不失真采集性、数据传输的高速性、实时传输性、设备简单、数字信号处理速度快等优点。
小波分析是近几年出现并得以应用和发展的一种时频信号分析方法。它具有时域和频域的局部化和可变时频窗的特点, 用于分析非平稳信号比传统的方法更具有显著的优点。因为故障轴承振动信号中含有非稳态成分, 所以用小波分析来处理其声音信号可以获得更准确的诊断结果。
2 系统的结构及其工作原理
用传声器和声级计拾取滚动轴承噪声信号, 经DSP控制AD9042进行信号采样, 通过中断和直接存储器访问方式把转换后的数字信号值存入DSP的外部存储器;为了对多个滚动轴承工况信号进行采样, 利用DSP的开发环境CCS的data load功能, 把数据转换后存入计算机;通过C语言和汇编语言编写小波变换的Mallat算法程序, 对存储的信号进行小波变换;利用Matlab进行AR模型功率谱分析;找到故障频率, 和理论计算值相比较, 完成信号分析和处理, 进行故障诊断。
针对车辆滚动轴承工况信号检测需要及其系统的数据实时传输要求的情况, 进行了基于DSP的滚动轴承故障诊断系统的设计。硬件系统由数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、接口模块、电源支持等几部分组成。故障诊断系统如图1所示。
3 应用示例
滚动轴承的实验台建立在齐齐哈尔车辆厂的轮轴车间, 轮轴车间负责检测厂家的新轴承, 这也是车辆厂检修部门的最后一道工序。
3.1 轴承基本参数
紧凑型滚动轴承, 型号为353130B, 椎柱形滚动体, 轮对为QCZ133-10A-100, 滚动轴承的运转速度为300r/min。
滚动体直径:d=18mm;轴承节径:D=180mm;压力角:15°;滚子数目:26个;转速:300r/min;内圈直径:150mm;外圈直径:250mm。
3.2 测量装置
测量装置包括7个部分:1) HS14417A型测试电容传声器;2) HS5660B型声级计;3) 微机-7型线性电源;4) 303135B紧凑型滚动轴承;5) WT6701PA板;6) XDS510仿真器;7) 主机。
3.3 特征频率估算
滚动轴承故障特征频率公式如下。
内圈特征频率f1 (Hz) :
外圈特征频率f2 (Hz) :
滚动体特征频率f3 (Hz) :
保持架特征频率f4 (Hz) :
式中:f0为设备的旋转频率, Hz, ;n为设备的转速, r/min;d为滚动体直径, mm;D为轴承节径, mm;z为滚动体数量;α为压力角[1]。
经过计算, 可知所测得353130B紧凑型轴承的故障特征频率为:内圈特征频率f1=71.27Hz;外圈特征频率f2=58.72Hz;滚动体特征频率f3=24.766Hz;保持架特征频率f4=2.258Hz。
4 小波分析和现代功率谱分析法在轴承故障检验中的应用
4.1 数据采集
轮轴车间的轴承检测时间有限制, 而且DSP内部存储器空间十分有限, AD9042的最低采样率为5MHz, 同步动态RAM存储空间为4M×32bit, 同步突发静态存储器SBSRAM为128k×32bit, 根据采样率和存储空间结合考虑, 经过计算, 采样时间最大只能为0.84s。在轴承运转速度达到300r/min时, 可以完整采集4.2周期。
当滚动轴承运转稳定后, 确定传声器位置, 启动声级计, 声级计量程设置为中, 衰减器指示70dB, 功能开关计权为A, 时间计权为快;执行采样程序, 采集的数据经过AD转换后存储到双口RAM中, 4k×32bit的双口RAM被分为2个空间, 当一个空间装满数据后启动外部中断;启动DMA传输数据到同步动态RAM中;经过64Hz的二次采样, 存储到同步突发静态存储器中;按程序提示控制采样时间。每组数据采集结束后, 把片内存储器中的采样值以数据文件的形式存储到主机中, 进行进一步的分析处理。
4.2 小波分析的频率分配
六阶小波分析的频率分配如图2所示。
经过理论分析, 打开小波变换工程, 经过编译链接, 下载可执行文件即汇编程序到DSP芯片中, 利用CCS的data load功能, 下载主机中的数据文件到同步突发静态存储器中 (即0X0040000开始的地址空间内) , 执行.out程序, 在程序中把每阶小波分解后的数据结果存储到相应的存储空间内, 在程序执行后, 存储每阶的数据结果到主机的数据文件中。观看图形可利用Matlab。
4.3 正常轴承与故障轴承信号的分析对比
在对信号进行小波分析的同时进一步利用现代功率谱估计法的AR模型法对信号进行谱分析。利用Matlab中的Toolbox, 可直接对信号进行AR模型参数估计, 并画出图形[2], 通过多个采集信号的对比和滚动轴承各零件的特征频率, 可以直观诊断信号有无故障。下面是一个正常信号和一个故障信号的分析处理过程。
采样信号在时域中不能很好的观察到其频率组成, 对采样信号进行小波变换, 正常信号A9的11阶小波变换如图3所示。
为了对小波分析的结果进行验证, 再对信号进行功率谱估计, 利用AR参数法可以得到信号的平滑功率谱图。信号A9的功率谱估计如图4所示。
由前面的计算可知, 此滚动轴承的零件的特征频率主要集中在低频部分 (0～100Hz) 内, 对多个信号的分析可推出, 1068.1152Hz是电机的特征频率。
轮轴车间现场有个内圈有损伤点的滚动轴承, 经过在实验台上采集此轴承的运转信号, 对其进行分析与处理, 验证了本课题基于DSP的滚动轴承故障诊断系统的准确性。
故障滚动轴承采样信号的小波变换如图5所示。
再对故障滚动轴承采样信号进行AR模型功率谱估计, 如图6所示。
从谱图看, 大致知道此信号是故障信号, 为进一步分析故障的部位, 对AR功率谱图进行进一步的细化分析[3]。
由图7可知在76.29Hz处功率谱出现峰值, 根据理论计算可知353130B紧凑型滚动轴承的内圈特征频率为=71.27Hz, 因为内圈有损伤点, 所以质量减轻, 特征频率值就会增高, 76.29Hz较71.27Hz偏移一些, 完全符合理论推导, 可以得出结论, 基于DSP的滚动轴承故障诊断系统符合实际滚动轴承故障诊断需要。验证了小波分析在车辆滚动轴承小故障诊断方面的可行性。
5 结论
通过理论分析, 建立了基于DSP的滚动轴承故障诊断系统。硬件设计过程中, 在充分考虑到对系统的数据实时传输要求的情况下, 采用了TMS320C6701DSP和HS5660B型声级计。由于TMS320C6701DSP的高速大量数据处理功能和CCS2.0的实时跟踪分析功能使得在系统的硬件设计方面变的简单[4], 使得滚动轴承工况信号得到了不失真采集。通过搭建实验台, 采集到滚动轴承工况信号;在软件实现过程中, 利用DSP的直接存储器访问方式DMA和DSP的外部中断实现采样数据的实时传输和存储[4]。运用小波分析和现代功率谱估计法的AR模型法对信号进行谱分析, 把正常滚动轴承和故障的轴承信号分解的结果进行对比。验证了小波分析在车辆滚动轴承小故障诊断方面的可行性。
参考文献
[1]张国新, 刘祚时.基于小波包分析的滚动轴承故障诊断[J].江西理工大学学报, 2007:28 (1) :17-20.
[2]闫玲, 方开翔, 姚寿广.基于LabVIEW的多功能数据采集与信号处理系统[J].江苏科技大学学报, 2006, 20 (3) :50-54.
[3]董长虹, 余啸海.Matlab信号处理与应用[M].北京:国防工业出版社, 2005.
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[6]彭启琮.DSP与实时数字信号处理[M].成都:电子科技大学出版社, 1994.
车辆故障诊断协议 篇6
城轨交通车辆齿轮箱轴承多发保持架故障, 主要表现是:保持架端圈断裂、窗梁断裂、轴承滚子乱序、轴承超温等。
齿轮箱轴承多发保持架破损, 主要原因是溅油润滑方式导致轴承保持架运转时阻尼低, 容易受外冲击激发振荡冲击导致保持架疲劳断裂。采用共振解调、转速跟踪主动诊断技术识别保持架故障, 可实现故障的早期预警, 为车辆安全运营提供保障。
二、共振解调、转速跟踪主动诊断技术的应用
1. 共振解调技术的特点
共振解调技术是一种用于检测机械设备故障的信号变换技术, 与其他常规振动检测技术相比, 特别适合监测机械设备的早期故障所发生的冲击信息, 利用共振解调技术处理振动冲击信号可达到剔除常规振动和提取故障冲击的目的。
转速跟踪技术是一种变速机械的转速相位跟踪采样技术, 可实现非周期信息的周期变换, 从而可以沿用FFT技术成功实现故障分析。图1为共振解调与转速跟踪技术的信号变换过程分析, 将传感器输出的机械振动冲击信号, 用带有广义共振机制的振动、冲击、温度复合传感器接收, 其振动和冲击广义共振信息经过电子变换技术, 剔除其他机械振动或干扰, 解调出传感器信号中的机械冲击激发的广义共振信号, 从而实现在车辆强烈的机械振动干扰和电磁干扰中微弱故障信息的提取。在故障信号处理的AD采样过程中, 实时获取车轮转速, 转速相位跟踪采样将模拟信号变换为数字信号, 进而对共振解调波的频谱作FFT分析, 确认故障类别和级别。
共振解调、转速跟踪主动诊断技术的优越性在于可实现保持架宏观破损的预知。为故障早期预警和设备性能评估提供了有效的技术手段。
2. 基于共振解调的外孤谱识别技术
某些保持架初期运行时, 可能有一些失落的铜渣和轴承损伤的失落物进入滚道, 不稳定地短时粘附于外环, 在滚子通过时引起基本频率 (等于外环故障频率) 的冲击, 但因为不是固定的外环故障, 故只有几乎孤立的1阶突出谱线, 称为“外孤谱”。
北京地铁2号线某车利用“外孤谱”识别技术, 在列车上的走行部安装了车载故障诊断系统, 一次当它发出齿轮箱小轴轴承保持架报警时, 经拆解发现小轴外侧圆柱滚子轴承保持架断裂成四块。由此可以证实此种诊断技术的有效性。
三、利用共振解调检测分析保持架破损的内因
1. 保持架有变形的无油轴承检测试验分析
在单个轴承检测机上对保持架变形的无油轴承作检测试验, 发现有明显的外环多阶谱或外孤谱, 时而还有滚单 (滚子端面) 谱, 如图2、3所示。
这是由于保持架变形, 使得滚子在保持架中, 至少有2个 (单向的) 甚至 (严重时发生) 4个 (双向的) 发生轴向窜动。该窜动被外环的档边限位, 造成保持架运转一周有2个 (甚至4个) 滚子相继以不同的力度刮碰冲击外环挡边内侧突出点, 从而形成2个 (甚至4个) 滚子冲击外环的脉冲群。所以, 外环脉冲有均布的2次 (甚至4次) 调幅, 其外环主频谱出现保持架2阶 (甚至4阶) 的边频, 还出现保持架2阶 (甚至4阶) 调制谱。若滚子端面有突出点, 则还出现滚单 (端面) 冲击谱。
2. 保持架破损内因
无油轴承在单个轴承检测机上容易出现上述信息是由于没有油膜掩盖, 外环挡边内侧的微小突出点或滚子端面突出点高度大于油膜厚度而完全暴露, 加之没有阻尼, 故障冲击强, 噪声大。有油 (特别是油脂) 的轴承在单个轴承检测机上不易出现上述信息的原因是外环挡边内侧的微小突出点或滚子端面微小突出点被油膜掩盖, 滚子端面和外环挡边之间存在油膜阻尼, 故冲击微弱, 噪声小。
因此, 无油或溅油润滑轴承因缺乏阻尼或阻尼低, 在随机扰动激励下将引起无油振荡跳跃冲击, 冲击的形式有径向冲击和偏摆式的轴向冲击。造成城轨车辆轴承受到随机扰动甚至冲击的因素有:轨道接缝冲击、蛇行冲击、踏面故障冲击、强烈的波磨冲击等, 而这些冲击都是无法避免的, 经常存在的甚至是周而复始地频繁发生的, 这是轨道交通所用轴承的工作环境与固定机械轴承的工作环境之显著区别。溅油润滑轴承也许可以在固定的或在没有冲击扰动的飞行器、船舰等机械中正常工作, 却不适宜在轨道交通装备上工作。
无油或溅油润滑轴承在静态下由于自重, 保持架与外环挡边接触。当不动的外环原边受到冲击时, 与其接触的保持架将发生跳跃, 如果跳跃幅度试图大于保持架与外环挡边的间隙, 便与对边发生冲击而反弹过来, 在原边和对边之间形成周而复始的弹跳、振荡、冲击。如果跳跃的幅度小于间隙, 则发生跌落到原边的冲击, 冲击频率约减半。如图4所示。
由于保持架弹跳到接触挡边时, 保持架本身旋转的惯性力必然参与对外环的相互作用, 增强冲击的力度, 从而增加了弹跳振荡的能量、强度和持续时间。由于该振荡不可能仅仅是径向的, 而是还存在轴向偏摆, 于是迫使滚子端面碰磨外环挡边的内侧。如果轴承中存在油脂, 则其阻尼作用消耗了能量, 便能使振荡频率下降, 使振荡迅速衰减。
某些城轨车辆走行部齿轮箱轴承使用溅油润滑轴承, 油膜很薄, 阻尼不足, 当齿轮啮合振动传递到轴承内外环时, 轴承内外环的振动容易通过档边与保持架“定位面”传递到保持架, 特别是存在抖动时。在齿轮啮合频率高于保持架共振频率时, 低共振频率的保持架受到 (例如外环) 档边的激励产生的低阻尼振动, 与 (外环) 档边的振动相位相反, 引起相互撞击, 也是造成保持架疲劳断裂的因素之一, 如图5所示。
图示样本的检测跨距约27m。在检测此样本前4m的一次轨缝冲击引起了536号谱线、128Hz的冲击, 在本样本结束前6m的轨缝冲击引起了275谱线、65Hz的冲击;这些冲击不属于任何轴承、踏面、齿轮滚动工作面的故障冲击, 而是轨缝冲击车轮的外因引发的保持架振荡、冲击单边的冲击频谱。
究其原因, 仍然是因为该保持架外定位面与外环挡边之间的间隙太小, 加之使用了“溅油润滑”方式, 使得轴承保持架与外环挡边之间缺油而对它们相对运动的阻尼不足, 更加剧了保持架相对外环挡边的振动强度和产生的相互冲击强度和频度, 从而加速了保持架的破碎。
四、结论
轨道交通车辆轴承受到随机扰动、冲击是不可避免的, 根据上述的机理分析, 只有增加保持架与外环挡边相对运动的阻尼, 才有可能防止保持架与外环相互撞击而造成保持架疲劳断裂。所以, 城轨车辆走行部的轴承宜使用油脂润滑, 而不宜使用溅油润滑。
摘要：介绍了利用共振解调、转速跟踪主动诊断技术识别轴承保持架故障的优越性。通过对保持架破损的机理分析, 找出其疲劳断裂的原因, 并提出了治理建议。
关键词：保持架,故障,共振解调,转速跟踪
参考文献
[1]唐德尧.广义共振、共振解调故障诊断与安全工程—铁路篇[M].北京:中国铁道出版社, 2006.