技术方案1.docx

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技术方案1

机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统

技术方案

目录

1.引言

2.系统功能和技术特点

3.系统组成

4.主要技术指标

5.实施案例

1.引言

为有效避免机车轮对电机装置带故障或隐患装车后在正线试运时发生轴温或冲击振动报警的现象，需在地面磨合运转试验过程中对组装完成的机车轮对电机装置（组合了轮对、轴箱、齿轮箱和电机的一整条轴）进行自动监测和诊断，及时诊断出机车轮对电机装置轴箱轴承、电机轴承、抱轴承（或空心轴轴承）、大小齿轮、抱轴瓦的工作状况，及时发现装配问题和故障隐患，保证铁路机车轮对驱动装置检修质量、降低检修成本。

本方案描述了机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统（三轴同时运转）的技术方案，该系统基于“广义共振和共振解调的机械设备故障诊断技术”。

2.系统功能和技术特点

该系统是用于在铁路机车轮对驱动装置地面磨合试验时对轴承齿轮进行监测诊断的系统，通过对轮对驱动装置进行实时监测来诊断轴承和传动齿轮是否存在故障，从而达到保证铁路机车轮对驱动装置检修质量、降低检修成本、避免机车带故障运行，保障机车运营安全的目的。

本系统的主要特点：

（1）主动诊断：

不仅能够在试验过程中测试对象的温度值，还能够主动诊断出轴承和齿轮的滚动工作面的缺陷；

（2）自动诊断：

采用了基于“广义共振和共振解调”理论的机械设备故障诊断专利技术，能够在试验过程中对轮对驱动装置的轴承、齿轮的振动冲击、温度、转速等参数进行实时监测，并利用自动诊断专家系统给出诊断结论，判定被监测对象是否存在故障；

（3）精密诊断：

能够通过共振解调精密诊断将故障对象精确到轴承内环、外环、滚子、保持架等零部件级；

（4）联合诊断：

能够根据振动、冲击、温度等多因素多参数进行联合决策诊断，保证诊断的准确性。

3.系统组成

系统主要由以下部件组成：

●机车轮对驱动装置地面试验监测诊断仪；

●工业控制计算机，内置故障诊断专家系统的监测诊断软件；

●现场集线器；

●振动冲击温度复合传感器；

●转速传感器；

●工业级平板显示器、打印机；

●机柜组件。

该系统采用模块化设计，外部传感器信号通过集线器以总线方式与诊断仪器相连，实现监测位置的传感器信号简单、方便的连接。

系统组成如下图所示：

专门设计了螺纹式和磁吸式两种专用复合传感器，以满足各单位能够对不同车型的轮对驱动装置进行监测的需求；下图是传感器：

软件系统则是基于通用Windows操作系统平台，具有性能可靠、操作方便等特点；本系统软件主界面提供了如下操作功能：

系统管理，参数设置、监测、数据库管理、数据浏览和退出系统。

不同权限的用户，拥有操作权限不同，本系统中定义了超级管理员、管理员、检测员和数据管理员四种类型的用户，超级管理员拥有全部的系统操作权限。

下图是软件主界面：

以下简单介绍各模块：

●系统管理

该功能面向超级管理员身份开放，主要进行不同权限的用户添加、用户类别修改、操作功能权限的设定及密码的修改。

●参数设置

该功能设计到各种诊断分析门限值设定，不对一般用户开放，进入本功能需要密码，只有通过密码确认后方能进入，参数设置分为基础参数设置和轴承参数设置。

●检测

该功能为实时监测诊断，向用户提供各种信息（监测的温度曲线、故障冲击的诊断分析波形及结论等）。

为了方便用户的管理，将监测软件与数据库功能进行了集成，从而实现监测数据、诊断分析数据和结论的存储操作以及后续的数据查询、浏览、报表打印等功能，同时软件系统已扩展远程数据的访问接口，便于用户实现远程数据库的管理操作。

软件系统中还内置了基于主动诊断、自动诊断、精密诊断、多因素多参数联合诊断等理论的故障诊断专家系统，专门针对地面磨合试验过程的特点设计了自动化的监测诊断流程，具有高效、简洁、准确的优点。

下图是软件监测诊断界面：

监测界面

●数据库管理

该功能是为了方便用户对以往数据进行备份、维护等操作而制定的功能。

要求半年（或根据车辆段具体情况而定），对该时段内的数据进行备份，以备日后的数据查询。

●数据浏览

该功能是为了方便用户对监测数据及诊断结论进行各种操作所用，如查询、诊断数据浏览、报表打印等。

数据浏览参数选择界面

查询结果界面

单次诊断结论和温度趋势图

原始数据查看界面

●退出系统

该功能分为注销和退出两种选择，注销主要用于更换用户，如操作人员交接班时使用，重新登录，还可便于不同权限的使用者使用；退出功能则退出本软件，返回操作系统。

4、技术要求

4.4、主要技术参数

1）工作环境温度：

-10℃～40℃；

存储环境温度：

-25℃～70℃；

工作环境湿度：

≤80%；

2）工作电源：

AC220V±10%，50Hz；

消耗功率：

小于1KW；

3）温度测量范围：

-55℃～125℃；

温度测量精度：

在-15℃～105℃范围，系统温度检测误差不大于±2℃；在小于-15℃或大于105℃时，误差不大于±4℃；

温度检测分辨率：

1℃

4）冲击测量范围：

100SV~10000SV；

冲击测量精度：

±10SV

冲击测量分辨率：

5SV

5）转速测量范围：

60-5000rpm；

转速测量精度：

±3%；

4.5、监测方式

轮对转速低于20km/h时，只监测温度。

轮对转速高于20km/h时，进行冲击故障监测、诊断及温度监测。

注：

在显示屏上应有___km/h显示。

4.6、监测周期

1）只监测温度时全部测点的监测周期不大于3S；

2）进行冲击故障监测、诊断及温度监测时，单点冲击、分析诊断时间不小于1S。

4.7、报警限制值要求

1）温度报警限制值

部位

车型

轴箱轴承

抱轴瓦

电机轴承

备注

DF4B

温度≥70℃

温度≥70℃

温升≥40K

DF4C

温度≥70℃

温度≥70℃

温升≥40K

DF4D

温升≥38K

*温度≥70℃

温升≥38K

*或滚动抱轴承

DF8B

温升≥30K

温度≥70℃

温升≥30K

SS3

温度≥t+50℃

温度≥0.6t+50℃

温升≥55℃

SS4G

温度≥t+50℃

温度≥0.6t+50℃

温升≥55℃

SS7E

温度≥70℃

*温度≥70℃

温度≥70℃

*空心轴

注：

（1）t为环境温度。

（2）当轴位温度或温升达到或超过报警限制值时应有指示灯（红灯）和蜂鸣器报警。

（3）其他车型的温度报警限制值可参照相关大规要求。

2）冲击监测报警限制值

故障代码

故障部位

故障预警值

Ⅰ级故障报警值

Ⅱ级故障报警值

1

保持架对外环故障

44.0dB

50.0dB

56.0dB

2

保持架对内环故障

44.0dB

50.0dB

56.0dB

3

外环外滚道故障

49.0dB

55.0dB

61.0dB

4

内环内滚道故障

44.0dB

50.0dB

56.0dB

5

滚单故障

44.0dB

50.0dB

56.0dB

6

滚双故障

44.0dB

50.0dB

56.0dB

7

本轴齿轮、踏面故障

54.0dB

60.0dB

66.0dB

8

邻轴齿轮故障

51.0dB

57.0dB

63.0dB

注：

（1）上述值是指轴承滚动工作面、齿轮啮合面、轮对踏面擦伤剥离故障的冲击监测报警限制值。

（2）当监测值达到或超过故障预警值时应有指示灯和蜂鸣器报警。

5、实施方案

5.1、在机车轮对地面磨合运转试验区（含三个磨合试验台位）安装“机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统“装置。

5.2、传感器及线平时收在电气柜内，使用时引出并分别布置在三个磨合试验台位上并安装在相应的测点上，每个试验台位（单轴轮对电机装置）的测点如下：

1）DF4（DF4B、DF4C、DF4D）型内燃机车，共7个测点：

齿端轴箱，齿端电机，齿端抱轴瓦，刷端抱轴瓦，刷端电机，刷端轴箱，车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）。

（DF4D或为滚动抱轴承）。

2）DF8B型内燃机车，共7个测点：

齿端轴箱，齿端电机，齿端抱轴瓦，刷端抱轴瓦，刷端电机，刷端轴箱；车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）。

3）SS3型电力机车，共7个测点：

左端轴箱、左端电机、左端抱轴瓦、右端轴箱、右端电机、右端抱轴瓦。

车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）。

4）SS4G型电力机车，共7个测点：

左端轴箱、左端电机、左端抱轴瓦、右端轴箱、右端电机、右端抱轴瓦；车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）。

5）SS7E型电力机车，共6个测点：

齿端轴箱，齿端电机，空心轴，刷端电机，刷端轴箱；车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）。

5.3、实施方案系统框图

1）内燃机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统方案框图（如下图）

测点说明：

0-环境温度1-齿端轴箱2-齿端电机3-齿端抱轴瓦4-刷端抱轴瓦

5-刷端电机6-刷端轴箱n-车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）

2）电力机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统方案框图（如下图）

测点说明：

（1）SS3、SS4G型

0-环境温度1-左端轴箱2-左端电机3-左端抱轴瓦4-右端抱轴瓦

5-右端电机6-右端轴箱n-车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）

（2）SS7E型

0-环境温度1-齿端轴箱2-齿端电机3-空心轴

5-刷端电机6-刷端轴箱n-车轮（激光跟踪非接触式速度传感器）

5.4重要说明

●在进行轮对驱动装置磨合试验时改变轮对磨合方式，两端轴箱翻转180°，使得磨合时的轴承承载区与实际上线运行时一致，以提高振动冲击检测的准确性；

●为完成监测诊断功能，需要为软件设计者提供轮对驱动装置相关参数，如下表所示：

某车型轴承参数表：

轴承位置

轴承型号

滚子数

z

滚子直径

d（mm）

中径

Do（mm）

接触角

a

滚子列数

内径

D（mm）

轴箱轴承

齿端电机轴承

非齿端电机轴承

齿端抱轴轴承

非齿端抱轴轴承

空心轴轴承

电机参数表：

齿轮名称

齿数（或传动比）

驱动电机极对数

电机额定频率和转速

大齿轮

小齿轮

●使用磁吸复合传感器前请先将吸合处打磨，并保持磁吸传感器磁吸面清洁；否则将影响诊断系统的准确性，试验完毕对传感器进行必要清洁，试验完毕请将清洁好的传感器收入装传感器抽屉；

●所有传感器都需要进行定期检定，传感器检定周期为一年，对使用较频繁的或在恶劣环境中使用的传感器，可视其具体使用情况适当缩短检定周期。

5.6试验数据结果

打印检测结论报表

四、结论

1、该系统能够完成内燃和电力机车轮对电机装置在地面磨合试验时（三轴同时运转）对走行部轴箱轴承、牵引电机轴承和轮对抱轴（或空心轴）轴承的冲击故障监测和温度监测的综合诊断（预）报警，传动齿轮冲击故障监测、抱轴瓦温度监测的诊断（预）报警以及转速的实时监测，可主动诊断出轴承和齿轮的滚动工作面的缺陷等。

2、机车轮对驱动装置地面试验监测诊断系统应针对地面磨合实验过程特点进行自动化的监测诊断，具有高效、简洁、准确的特点；同时能够实现监测数据、诊断分析结论的数据存储操作，及数据查询、浏览、报表打印等功能。

3、满足了铁道部运输局运装机检〔2010〕175号文件之附件2《LK00430型机车走行部车载监测装置技术条件》中的相关技术要求。

通过对该系统的实际应用，确能达到预期的效果，满足实际需要。