車輛滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)TADS課件

車輛滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)

TADS一、TADS介紹1.TADS名稱2.系統(tǒng)概述3.國內(nèi)、外情況4.技術指標5.工作原理6.系統(tǒng)組成一、TADS介紹1.TADS名稱車輛滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統(tǒng)（TADS）

TracksideAcousticDetectionSystem(TADS)一、TADS介紹2.系統(tǒng)概述系統(tǒng)采用聲學診斷技術和計算機網(wǎng)絡技術，通過對運行中車輛軸承噪聲信號的采集和分析，識別軸承的工作狀態(tài)，可提供有效的軸承內(nèi)部早期故障診斷結(jié)果，在熱軸之前發(fā)現(xiàn)故障。一、TADS介紹

它與紅外軸溫探測系統(tǒng)相結(jié)合，共同組成車輛軸承的安全保障系統(tǒng)，能更加有效地防止切軸和脫軌，提高軸承故障的防范水平，使列檢對滾動軸承的檢查，從人判為主逐步過渡到人機結(jié)合、機判為主的階段。該系統(tǒng)增強了軸承的預警能力，將防范關口前移，體現(xiàn)了‘預防為主’的安全指導思想，使行車安全性更高，從而確保行車安全，提高鐵路運輸?shù)男屎头账剑鰪娛袌龈偁幜?。一、TADS介紹3.國內(nèi)應用情況局別安裝地點設備數(shù)量1哈爾濱局成高子、五家、大興32沈陽局錦州、萬家營33北京局廊坊、涿州34太原局下莊、盧龍北35鄭州局廣武、謝莊、商丘北、商丘南、賈營、夏莊、王村、雙石碑、新鄉(xiāng)96成都局青龍場、大土、馬場57南寧局洛滿38西安局赤水、蔡家坡、行者、西安南49武漢局新溝、賀勝橋、祁家灣、羅鋪、新洲、江灣、信陽東、葛店8一、TADS介紹3.國內(nèi)應用情況序號局別安裝地點設備數(shù)量10上海局海寧、永寧、龍?zhí)?、諸暨、烔煬河、下塘集、阜南、亳州、妙西1211南昌局向塘、三江鎮(zhèn)212廣鐵集團白馬壟、淥口613蘭州局嘉峪關上下行、中衛(wèi)上下行714烏魯木齊局哈密、火石泉415青藏公司格爾木、拉薩、格爾木西416昆明局南昆、滬昆217濟南局日照118呼和浩特局3合計2015年初為止86套一、TADS介紹3.國內(nèi)應用情況青藏線一.TADS介紹3.國內(nèi)應用情況國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的部分故障一、TADS介紹3.國內(nèi)應用情況國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的部分故障一、TADS介紹3.國內(nèi)應用情況客車軸承故障2013年5月29日11:01，K7082次旅客列車（東方紅-哈爾濱）通過成高子試驗站，TADS預報機后第12輛客車左1軸承故障。一、TADS介紹4.技術指標自動檢測通過列車滾動軸承的滾子、內(nèi)圈、外圈等故障。預報等級：3級，1級、A級最高。適應車速：貨車30～110km/h，客車30～160km/h。檢測精度：預報準確率≥97%。自動計軸、計輛和測速。預報的故障軸承的車號和軸位的自動定位。自動識別列車車次、車號信息。自動跟蹤故障軸承的發(fā)展趨勢。一、TADS介紹4.技術指標環(huán)境溫度:室外設備：－40℃～＋70℃；室內(nèi)設備：－20℃～＋60℃；環(huán)境濕度：室外設備：小于等于95％；室內(nèi)設備：小于等于85％； 日溫差：小于等于35℃。適應電源：交流電源：220V＋15％，50Hz；一、TADS介紹4.技術指標信息傳輸：信息傳輸方式：TADS探測站與路局監(jiān)測中心采用兩線專用通 道或?qū)拵鬏?。?shù)據(jù)傳輸接口：RJ45網(wǎng)絡接口。數(shù)據(jù)傳輸速率：專線傳輸速率不低于9600bps，網(wǎng)絡傳輸為 2M。傳輸接口協(xié)議：CCITT及我國鐵路通信的有關規(guī)定。傳輸校驗方式：文件傳輸協(xié)議(FTP)。一、TADS介紹

由于滾動軸承加工或裝配不當，潤滑不良，異物侵入，腐蝕剝落，過載以及長期運轉(zhuǎn)等原因都可能導致早期損傷。滾動軸承的故障可根據(jù)滾動軸承的損傷形式、故障的部位及缺陷級別進行分類。按滾動軸承的損傷形式分類滾動軸承的一般故障常見的破壞形式有：麻點、輾皮、剝離、擦傷、燒附、熱變色、腐蝕、微振磨蝕、凹痕、壓痕、拉傷、磕碰傷、劃傷、裂損、電蝕。5.工作原理軸承損傷基礎知識

基礎技術介紹

缺陷定義：零件表面在高接觸應力的循環(huán)作用下產(chǎn)生的金屬片狀剝落現(xiàn)象。

形態(tài)特征：具有一定的深度和面積；表面呈凹凸不平鱗狀；具有尖銳的溝角。通常呈現(xiàn)疲勞擴展特征的海灘狀條紋。

發(fā)生部位：軸承內(nèi)、外圈滾道面和滾子滾動面重點研究剝離缺陷重點研究內(nèi)、外圈和滾子剝離缺陷一、TADS介紹一、TADS介紹5.工作原理

利用聲學傳感器拾取軸承的聲音（噪聲）信號，采用特定的信號分析技術，可以從頻域或幅域提取出軸承的故障特征，再應用各種模式識別方法，就能夠?qū)崿F(xiàn)滾動軸承的故障診斷。幅域特征可以反映故障的程度，頻域特征則可以反映故障的部位。因為故障部位不同，其產(chǎn)生的重復沖擊頻率是不一樣的。根據(jù)軸承運動學原理，如果已知軸承的幾何參數(shù)和轉(zhuǎn)速，就可以計算出各軸承零件產(chǎn)生故障時的特征頻率。通過對實測信號進行分析，查找特征頻率成分，即可判別故障所在。一、TADS介紹5.工作原理關鍵技術 1.聲音信號的拾取 2.系統(tǒng)降噪與高速采集 3.故障診斷與人工智能 4.波形分析與圖譜分析 5.系統(tǒng)網(wǎng)絡化與監(jiān)控管理一、TADS介紹5.工作原理軸承基本結(jié)構(gòu)：外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架四部分。內(nèi)、外圈之間相對轉(zhuǎn)動，滾動體繞軸心自轉(zhuǎn)，同時相對內(nèi)、外圈公轉(zhuǎn)。一、TADS介紹5.工作原理

軸承滾動面出現(xiàn)缺陷時，滾動體碾壓到缺陷部位，就產(chǎn)生沖擊振動，從而產(chǎn)生異常聲音。一、TADS介紹聲學傳感器陣列（1）每側(cè)陣列有6個聲音傳感器；（2）每個聲音傳感器的探測范圍是1.2米，總7.2米；（3）每個滾子沿外圈轉(zhuǎn)動一周回到原點，車輪轉(zhuǎn)2.5圈；（4）運行距離：2.5圈×0.84米×3.14＝6.594米（5）陣列的探測范圍要大于6.6米MC1MC2MC3MC4MC5MC6MC1MC2MC3MC4MC5MC6一、TADS介紹聲學傳感器采集范圍一、TADS介紹麥克風信號分割合成示意圖一、TADS介紹麥克風信號分割合成示意圖

通過磁鋼觸發(fā)點確定軸承在每個麥克風文件中的段落，并進行截取，按照經(jīng)過的先后順序進行銜接，就可以獲得軸承通過麥克風陣列的聲音文件了，如圖5.14。外圈故障的聲音圖譜故障特征獲取一、TADS介紹內(nèi)圈故障的聲音圖譜

一、TADS介紹滾子故障的聲音圖譜

一、TADS介紹一、TADS介紹6.系統(tǒng)組成

TADS系統(tǒng)主要由地面探測站、鐵路局服務器、鐵路總公司服務器和復示終端組成。

其中地面探測站是TADS的核心，分為室內(nèi)和室外兩大部分。一、TADS介紹地面探測站

TADS系統(tǒng)設備可以分為室外、室內(nèi)兩大部分，室外部分主要由TADS軌邊設備和AEI設備組成，該部分主要是對通過的列車進行計軸、計輛、采集車號、采集軸承聲音的功能。室內(nèi)部分主要由機柜和UPS電源組成。機柜里有防雷箱、AEI主機、遠近端放大器、KVM箱、HUB箱、遠程電源控制箱、SIPS箱、三臺工控機。一、TADS介紹整體布局一、TADS介紹室外部分

TADS探測站的室外設備主要包括保護箱（聲音傳感器陣列），聲學傳感器，AEI地面天線及車輪傳感器等設備。一、TADS介紹保護箱：保護箱主要是保護聲學傳感器，保護箱是具有抗震性的箱體，設有保護門，只有在列車通過時才打開，可適應軌邊環(huán)境。保護箱安裝在鋼軌的兩側(cè)，每側(cè)有三個，每個保護箱內(nèi)有兩個聲學傳感器。

一、TADS介紹聲學傳感器：每側(cè)有6個聲學傳感器，用于采集車輛軸承運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的聲音信號。它采用指向性設計，具有很好的聲學波瓣圖，直接朝向軸承，能夠減少噪聲影響。

一、TADS介紹保護門傳感器：對保護門開關進行控制。通常當沒有列車通過時，保護門傳感器使保護門處于關閉狀態(tài)。當有列車通過時，保護門傳感器打開保護門，使其處于打開狀態(tài)，這時聲學傳感器將對通過的列車進行聲音采集工作。列車通過后，保護門傳感器將關閉保護門，使保護門處于關閉狀態(tài)。

一、TADS介紹聲學車輪傳感器：聲學車輪傳感器用磁鋼卡具固定在鋼軌上。當列車接近時，自動啟動TADS系統(tǒng)，用于軸承的定位、計軸和測速等。

一、TADS介紹AEI設備：包括AEI車輪傳感器、分線箱和天線，主要是對通過的列車進行車次、車號、車速等車輛信息進行采集，給聲學設備提供所需要的車輛信息。

一、TADS介紹室內(nèi)部分

①MACOMPTER②FSCOMPTER③NSCOMPTER④SIPS箱⑤遠程電源控制箱⑥HUB箱⑦KVM箱⑧FS放大器⑨NS放大器⑩AEI主機⑾防雷箱⑿溫控箱一、TADS介紹

主處理計算機（MA）：主處理計算機是與兩臺遠、近端信號采集處理計算機協(xié)同同步工作，接收遠、近端信號采集處理工業(yè)控制機計算機采集的數(shù)據(jù)、接收AEI數(shù)據(jù)，并對判別的軸承故障數(shù)據(jù)進行綜合判斷分析，通過與AEI數(shù)據(jù)的結(jié)合，確定故障軸承的位置并存儲數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡向上一級服務器發(fā)送采集到的過車數(shù)據(jù)。

一、TADS介紹

遠、近端信號采集處理計算機（FS、NS）：遠、近端信號采集處理計算機接收到室外設備采集到的軸承聲音信號，通過安裝在計算機上的軟件進行處理，完成軸承的診斷判別工作，并把處理后的數(shù)據(jù)傳送給主處理計算機。遠、近端信號采集處理工業(yè)控制機還可以對室外的聲學傳感器和聲學車輪傳感器進行檢測。通過檢測可以判斷室外的聲學傳感器和聲學車輪傳感器的工作狀況。

一、TADS介紹

遠、近端信號采集處理計算機（FS、NS）：在遠、近端信號采集處理計算機里分別裝有兩個PCI卡，一個是I/O卡，一個是A/D卡。I/O卡控制保護門的開啟和關閉，A/D卡處理室外設備采集的聲音信號和磁鋼控制信號，A/D采集卡除了具有數(shù)據(jù)采集的功能之外，還擁有專用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括2個DSP處理器和一個具有專用的32位板上操作系統(tǒng)的板上計算機系統(tǒng)，根據(jù)要求可以完成聲音信號的抗混疊濾波、聲音處理等高級功能。

一、TADS介紹

電源信號分配箱（SIPS箱）：電源信號分配箱（SIPS箱）是對各種信號提供接口電路的機箱，通過SIPS箱對室外設備進行控制信號分配，并且控制聲學傳感器陣列箱保護門開啟或關閉以及室外風扇的開、關。

一、TADS介紹

遠程電源控制箱：遠程電源控制箱是向車號地面AEI主機、探測站主計算機、NS、FS數(shù)據(jù)采集計算機、SIPS箱、HUB箱、NS、FS放大器箱等設備提供電源輸出。它通過電話線與室內(nèi)電話直接連接，可以在其他地方通過撥打電話方式，遠程控制各個機器設備的電源開或關。首先輸入密碼654321然后輸入控制指令11#一、TADS介紹

HUB箱：HUB箱將主、從三臺計算機聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成網(wǎng)絡化連接，提高軌邊設備綜合處理數(shù)據(jù)能力及數(shù)據(jù)的高速交換能力，并且提供向上傳輸數(shù)據(jù)的通道。同時為KVM轉(zhuǎn)換器提供電源。一、TADS介紹

KVM轉(zhuǎn)換器箱：KVM是提供三臺計算機的顯示界面和控制操作的顯示器，通過它可以方便的操作任意一臺計算機，可以提供快捷方便的顯示操作工作。一、TADS介紹FS、NS放大器：放大器包括遠、近端放大器組。每組6個通道，接收聲學傳感器陣列信號，并對室外聲學傳感器陣列信號進行濾波和高保真放大處理，是采集軸承聲音的重要組成部分。一、TADS介紹

AEI主機：AEI主機主要是自動識別列車的車次、車號信息，計軸、計輛、測速，并將有關信息數(shù)據(jù)提供給TADS設備，完成對預報的故障軸承車號和軸位的自動定位。增加TPIN接口，利用磁鋼信號打開保護門。07C一、TADS介紹防雷箱：防雷箱是對除聲學傳感器外的各種傳感器信號、通信信號、控制電源信號進行抗雷電沖擊及抗浪涌保護的裝置，是保證設備安全的必要設備，可以對防止設備遭受雷擊起到很好的作用。二、TADS系統(tǒng)運用管理1.軸位定義2.運用管理3.扣車標準4.信息反饋二、TADS系統(tǒng)運用管理1.TADS軸位定義（按運行方向）

預報時采用運行方向及標簽位置定位方向進行預報。運行方向二、TADS系統(tǒng)運用管理1.TADS軸位定義（按標簽位置）軸承運行狀態(tài)跟蹤時以按標簽位置定位方式為標準；預報時采用運行方向及標簽位置定位方向進行預報。二、TADS系統(tǒng)運用管理車輛方位A

按標簽位置定位A2

按運行方向定位左1

二、TADS系統(tǒng)運用管理車輛方位B

按標簽位置定位A6

按運行方向定位右2

四、TADS系統(tǒng)運用管理2.運用管理

①當車輛新造或進行檢修后，TADS系統(tǒng)通過車輛制造工廠或車輛段AEI設備和其它相關信息系統(tǒng)獲得車輛和軸承的信息，上傳鐵道部TADS數(shù)據(jù)庫。

②對線路上運行的軸承實時監(jiān)測，記錄通過TADS時的運行狀態(tài)。

③發(fā)現(xiàn)某個軸承出現(xiàn)故障后，自動跟蹤，當軸承故障達到一定危險程度時進行報警，提示進行扣車換輪處理。

④故障軸承退卸分解后，車輛段將故障軸承的分解情況及故障照片信息反饋到鐵道部TADS數(shù)據(jù)庫。

二、TADS系統(tǒng)運用管理貨車軸承閉環(huán)監(jiān)控管理流程圖：二、TADS系統(tǒng)運用管理報警管理

TADS系統(tǒng)采用網(wǎng)絡化管理，在鐵道部TADS服務器建立中央數(shù)據(jù)庫，一方面可以存儲全路范圍內(nèi)最完整、準確的貨車軸承故障預報信息，另一方面對貨車軸承的歷史預報信息進行綜合分析、對預報次數(shù)進行累計。

通過對預報次數(shù)的分析和根據(jù)聯(lián)網(wǎng)扣車評判標準進行評判，可以進一步提高預報的準確性和可靠性。

二、TADS系統(tǒng)運用管理故障報警流程二、TADS系統(tǒng)運用管理工作標準

TADS交班人員應認真填寫《貨車安全防范系統(tǒng)動態(tài)檢車組交接班記錄薄》。接班人員應確認設備狀態(tài)良好，向交班人員了解設備使用情況及探測網(wǎng)絡運行情況，檢查記錄臺帳，交接班人員共同在交接班記錄薄上簽字。二、TADS系統(tǒng)運用管理工作標準

TADS動態(tài)檢車組長負責監(jiān)測TADS系統(tǒng)運行狀態(tài)，并負責傳輸通道故障的監(jiān)測，要將TADS故障情況及時上報車輛段進行處理。當TADS客戶端計算機無法正常工作時，要立即向列檢值班員報告，由列檢值班員通知該班現(xiàn)場檢車工長，由現(xiàn)場檢車員按技檢標準對列車進行人工檢查。二、TADS系統(tǒng)運用管理責任界定TADS未對軸承故障進行一級預報及扣車預報的軸位，現(xiàn)場檢車人員只進行軸承外觀檢查。安裝TADS鐵路局未按規(guī)定進行扣車處理和檢查確認，排到鄰局后被鄰局做扣車處理的，列該鐵路局責任。二、TADS系統(tǒng)運用管理考核指標（運用“三率”）檢查率

=檢查確認輛（件）數(shù)/系統(tǒng)預報輛（件）數(shù)×100%扣車率

=扣修貨車輛數(shù)/系統(tǒng)預報輛數(shù)×100%

注：系統(tǒng)預報輛數(shù)為1級故障數(shù)及扣車報警數(shù)，但不包括直通車。漏檢率

=后續(xù)單位扣修輛數(shù)/本單位排出輛數(shù)×100%

后續(xù)單位和本單位目前暫按探測站為單位統(tǒng)計。二、TADS系統(tǒng)運用管理3.扣車標準（重點）

報警規(guī)定：

1）同一軸承連續(xù)預報一級三次及以上（連續(xù)三次以上預報一級）；

2）同一軸承連續(xù)五次通過探測站，其中預報一級三次及以上（通過五次，累計三次一級）；

3）同一軸承連續(xù)六次通過探測站，其中預報二級三次及以上（通過六次，累計三次二級）。

處理規(guī)定：當TADS單次預報軸承一級故障時，由現(xiàn)場檢車員對預報軸位進行檢查確認,做扣車處理?，F(xiàn)場檢車員要對預報軸位進行檢查確認，現(xiàn)場檢車工長要對現(xiàn)場檢車員認定無故障軸位進行復核。二、TADS系統(tǒng)運用管理對TADS單次預報軸承一級故障和TADS系統(tǒng)自動彈出對話框的扣車預報，動態(tài)檢車員要立即將車次、車號、輛序、軸位等情況經(jīng)動態(tài)檢車組長向列檢值班員報告；由列檢值班員通知現(xiàn)場檢車員；由現(xiàn)場檢車員對軸承進行檢查確認；現(xiàn)場檢車員要將檢查確認結(jié)果向列檢值班員報告，向動態(tài)檢車組進行反饋，由動態(tài)檢車員錄入TADS。4.信息反饋二、TADS系統(tǒng)運用管理

對存在故障貨車按有關規(guī)定辦理扣車手續(xù)，并在軸承外圈的正下方，粘貼不干膠標志，注明“TADS故障”字樣（見后表），將故障車輛調(diào)至站修所后進行換輪處理；故障輪對送至車輛段檢修車間進行軸承退卸處理，檢修車間對軸承退卸分解后發(fā)現(xiàn)的故障進行拍照存檔，由車輛段安排專人匯總軸承故障類型及照片，15日內(nèi)補錄入到TADS。二、TADS系統(tǒng)運用管理TADS甩車粘貼標志格式扣車日期：車次：車號：預報：機后位，左（右）位預報級別：甩車地點：處理人：處理日期：預報設備：TADS不干膠貼大?。?20