3-1 铁道车辆滚动轴承故障轨旁声学诊断系统应用

铁道车辆滚动轴承故障轨旁声学诊断系统铁道车辆动态检修

TADS认识

采用轨边声学探测技术及计算机诊断技术，对运行列车滚动轴承裂损、碾皮、剥离、麻点和腐蚀等常见故障进行在线、早期诊断预报，以确保行车安全。TADS系统与红外线轴温探测系统相结合，能更加有效地防止切轴和脱轨事故，提高轴承故障的防范水平，使列检对滚动轴承的检查，从人判为主逐步过渡到人机结合、机判为主的阶段。

铁道车辆滚动轴承故障轨旁声学诊断系统TADS系统介绍TADS探测站信号采集工作过程声学传感器基本原理TADS故障预报及反馈TADS一次动态接车作业主要内容20世纪80年代，以美国TTCI研究院为代表的几家国外公司，开始研究利用声学诊断原理，检测运行中车辆的滚动轴承故障；在90年代TTCI对传感器进行了改进，设计了多个传感器的声学阵列；2000年后，在美国、澳大利亚、南非三个国家进行了推广使用。

一、TADS系统介绍

TADS发展历史1

自2003年开始，我国与美国TTCI公司合作，引进了TADS，并针对我国的铁路状况进行了改进，建立新的判别模式和标准，并开发出了适应客车TADS系统和适应高铁动车TADS-1系统。

1）自动检测通过列车滚动轴承的滚子、内套、外套等故障；2）适应车速30-110km/h；3）轴承故障缺陷程度等级分3级预报,1级最高。（故障由高到低分别用红、橙、黄三种颜色表示）4）检测精度：预报准确率≥97%；5）自动计轴、计辆和测速；6）预报的故障轴承的车号和轴位的自动定位；7）自动识别列车车次、车号信息；8）自动跟踪故障轴承的发展趋势；9）系统自检和远程维护、升级和监控功能。

一、TADS系统介绍

TADS系统功能2TADS系统采用远程检测，数据集中，联网运行，信息共享的运行模式，所有轨边设备联网运行。

系统网络结构为四个层面，既一个信息采集级和三个应用级，通过接入同级机关办公网，利用TMIS主干网实现互联。

ATIS系统组网方式3一、TADS系统介绍

室外部分由声学传感器阵列、车轮传感器、AEI地面天线组成。1）室外设备

TADS探测站构成4一、TADS系统介绍

由室外设备和室内设备两部组成，是声学诊断系统的核心。

安装于钢轨两侧，每侧6个传感器,用于拾取车辆轴承运转产生的声音信号，系统采用指向性设计，直接朝向轴承,具有很好的声学波瓣图，并能减少其他噪声影响。传感器阵列放置在一个特殊设计的保护箱内,箱内装有风扇和保护门，保护箱具有抗振、防水和防灰尘功能,以适应轨边环境。（1）声音传感器阵列1）室外设备

TADS探测站构成4一、TADS系统介绍

用卡具固定在钢轨上，当列车接近时，车号磁钢自动启动系统,用于车轮定位、计轴和测速等。TAD探测站除车号磁钢外还有两个声学磁钢：WS1和WS2，分别安装在声学传感器阵列两侧距离箱体1.2米以外，其中WS2安装在来车方向。（2）车轮传感器1）室外设备

TADS探测站构成4一、TADS系统介绍

发射微波载波信号，同时接收标签反射回来的已调波信号。1）室外设备

TADS探测站构成4一、TADS系统介绍（3）AEI地面天线

室内部分包括主控计算机、远侧采集计算机、近侧采集计算机、电源信号控制分配箱、MODE箱、远程电源控制箱、HUB箱、KVM箱、远侧放大器、近侧放大器、AEI主机、防雷箱、控制箱设备。2）室内设备

TADS探测站构成4一、TADS系统介绍二、TADS信号采集工作过程

车号磁钢采集列车信息1

当列车通过车轮传感器时，系统启动，激活地面AEI车号识别设备，采集车辆电子标签上车次、车号信息，并传输至车号地面AEI主机进行计轴、计辆、测速工作,再传送至主计算机，完成车号和轴位的自动定位。

二、TADS信号采集工作过程

声学传感器采集滚动轴承信息2

声学传感器阵列1）每侧阵列有6个声音传感器；2）每个声音传感器的探测范围是1.2米，总7.2米；3）每个滚子沿外圈转动一周回到原点，车轮转2.5圈；4）运行距离：2.5圈×0.84米×3.14＝6.594米；5）阵列的探测范围要大于6.6米

。

信号的处理分析3

取样信号经前置放大器放大，传送至远、近端放大器箱内,由放大器对每个声学传感器的灵敏度进行一致性处理,完成信号的自适应校准。处理后的模拟信号传至远、近端信号采集计算机,通过A/D卡转换为数字信号存入计算机进行分析。

二、TADS信号采集工作过程信号的传输4

运算后的信息数据通过集线器导入主计算机，并由2M/s的高速光缆传入TADS网络管理系统，连接包含全路滚动轴承运行状态的数据库以及各种轴承故障档案数据库的专家系统，对故障轴承进行故障判断。

二、TADS信号采集工作过程三、声学传感器基本原理滚动轴承故障机理及分析1

滚动轴承是铁道车辆走行部的关键部件，其基本结构主要由外圈、内圈、滚动体和保持架4部分组成。当轴承滚动工作面上出现缺陷时，轴承运转到缺陷部位就会产生冲击振动。这种冲击振动与正常情况下的振动有所不同，具有很宽的频率范围,常能激起轴承部件的共振，引发异常声音。

声音传感器，也称为声音检测模块或声音传感器模块，是一种能够感知周围声音并将其转换成电信号输出的设备。其工作原理通常基于声音波的检测和转换。声音传感器的工作原理主要可以分为四个步骤，即声波的接收、声波信号的转换、信号处理和信号输出。

三、声学传感器基本原理

声学传感器基本知识2四、TADS系统故障预报及反馈

故障预报及反馈1

滚动轴承故障多发生在其外圈、内圈、滚子、保持架等处，轴承故障缺陷程度等级分3级预报，一级最高，故障等级带有不同的颜色，一级为红色，二级为橙色，三级为黄色。

当TADS单次预报轴承一级故障时，由现场检车员对预报轴位进行检查确认。

当同一轴承连续预报一级三次及以上，或同一轴承连续五次通过探测站，其中预报一级三次及以上，或同一轴承连续六次通过探测站，其中预报二级三次及以上时，系统自动弹出扣车预报对话框，现场检车员要对预报轴位进行检查确认，现场检车工长要对现场检车员认定无故障轴位进行复核。四、TADS系统故障预报及反馈

故障预报中的轴位定义2AEI轮位：相对于车号标签对车轮的定位，面向车安装车号标签的一端，一轴左轮位A1，右轮位A2，二轴左轮位A3，右轮为A4,以此类推。五、TADS现场实施一次动态接车

接车作业1

动态检车员听到TADS系统预警提示音或在TADS列检复示监控系统中发现系统过车时，及时观察过车情况。

若发现设备异常或故障时，立即通知现场检车员人工检查。1）监控过程2）设备异常

信息预报2

信息预报类型有：联