轴承检测的探索
发布时间：2013-12-17马文斌译自 美国（Progressive Railroading）1989，NO9 37~39
在内布拉斯加州取得的音响探测滚柱轴承缺陷的试验结果，促使伯林顿北方铁路公司计划再装置5台音响探测仪。
在内布拉斯加州阿莱安斯地区轴承音响探测器试验性能的鼓舞下，伯林顿北方铁路公可将在年底再装置5台该种仪器。这些仪器能测听出显示抽承早期损坏的声音。
这些装置拟安装在北达科他州的Mandan、明尼苏达州的Wayzata与Big Lake，怀俄明州的Guernsey，以及堪萨斯城。象在伯林顿北方铁路公司中心通道上阿莱安斯地区自1988年来投入运用的这一种装置，均将在BN铁路公司北方通道上的Mandan与南Powder River煤田区域的Guernsey用于监控成组的运煤列车。
今年初安装在华盛顿州Leavenworth的另一种音响探测仪，有两台装在明尼苏达份靠近明尼阿波利斯的北镇场，一台在堪萨斯城，将用于监控高密度的混合运输，特别是直通列车。
所有新的探测器均将来自塞尔伏公司，它曾提供了阿莱安斯的场地。用在Leavenworth的探测器是一个Harmon系统，该系统还正在进行鉴定。
而且，新的装置将包括视频附件，为此，一台样机正在Alliance基地进行安装。这些视频附件将读出报警的车辆和向Z近的车间输送资料（机板没备的位置是选择场地的主要因素）。
由于在Alliance试验所取得的优异成效，音响探测报警的准确率达到90%以上，因而使这项计划得以扩大。BN公司从Harmon装 置的试验也看到了同样的希望。
一位伯林顿北方铁路公司的发言人说，音响探测仪器已经检出效百个有缺陷的轴承。
从这两个地方把报警的轴承运往BN公司在内布拉斯加的主要车轮车间，在这里把它们分解，并进行详细的检验。
音响探测
BN铁路公司是从1984年对这种缺陷探测形式感兴趣的，此事牵扯到两个Gurnsey的车辆检查员。当滚动轴承进行检查时，这两个检查员认为他们听到了有异音的滚柱轴承。对撤换下来的轮对轴承进行检查，确认车辆检查人员的怀疑是正确的。这两个检查员的作法被认为是可取的，并开始培训其他检查员听测有异音的轴承。
这就导致BN铁路公司工程技术人员同承制厂家代表一道着手研制一种仪器。
在伯林顿北方铁路线上已安装了一组两个轴承缺陷音响探测器，年底还要再装5台。图1是这种仪器探测的对象。这种仪器是为了在轴承故障发生之前找出问题而设计的。主要目标包括内、外圈滚道上以及滚柱上的缺陷。这样的缺陷在变化频率时发出声音。同样，前盖、后档和内圈松动时也会发出声音。BN铁路公司声称，音响探测器已经检查出数百个缺陷轴承。这样的检测器提供了一个预防性维护保养的声音依据。由于在轴承损坏之前对它们进行维修，能节省大量的时间和费用。而且当车辆卸空时，更换损坏的轴承能减少发运货物的延误。铁路当局对1984年由雇员发现而研制的音响探测器产生了兴趣。
在内布拉斯加州阿莱安斯地区轴承音响探测器试验性能的鼓舞下，伯林顿北方铁路公可将在年底再装置5台该种仪器。这些仪器能测听出显示抽承早期损坏的声音。
这些装置拟安装在北达科他州的Mandan、明尼苏达州的Wayzata与Big Lake，怀俄明州的Guernsey，以及堪萨斯城。象在伯林顿北方铁路公司中心通道上阿莱安斯地区自1988年来投入运用的这一种装置，均将在BN铁路公司北方通道上的Mandan与南Powder River煤田区域的Guernsey用于监控成组的运煤列车。
今年初安装在华盛顿州Leavenworth的另一种音响探测仪，有两台装在明尼苏达份靠近明尼阿波利斯的北镇场，一台在堪萨斯城，将用于监控高密度的混合运输，特别是直通列车。
所有新的探测器均将来自塞尔伏公司，它曾提供了阿莱安斯的场地。用在Leavenworth的探测器是一个Harmon系统，该系统还正在进行鉴定。
而且，新的装置将包括视频附件，为此，一台样机正在Alliance基地进行安装。这些视频附件将读出报警的车辆和向Z近的车间输送资料（机板没备的位置是选择场地的主要因素）。
由于在Alliance试验所取得的优异成效，音响探测报警的准确率达到90%以上，因而使这项计划得以扩大。BN公司从Harmon装 置的试验也看到了同样的希望。
一位伯林顿北方铁路公司的发言人说，音响探测仪器已经检出效百个有缺陷的轴承。
从这两个地方把报警的轴承运往BN公司在内布拉斯加的主要车轮车间，在这里把它们分解，并进行详细的检验。
音响探测
BN铁路公司是从1984年对这种缺陷探测形式感兴趣的，此事牵扯到两个Gurnsey的车辆检查员。当滚动轴承进行检查时，这两个检查员认为他们听到了有异音的滚柱轴承。对撤换下来的轮对轴承进行检查，确认车辆检查人员的怀疑是正确的。这两个检查员的作法被认为是可取的，并开始培训其他检查员听测有异音的轴承。
这就导致BN铁路公司工程技术人员同承制厂家代表一道着手研制一种仪器。
在伯林顿北方铁路线上已安装了一组两个轴承缺陷音响探测器，年底还要再装5台。图1是这种仪器探测的对象。这种仪器是为了在轴承故障发生之前找出问题而设计的。主要目标包括内、外圈滚道上以及滚柱上的缺陷。这样的缺陷在变化频率时发出声音。同样，前盖、后档和内圈松动时也会发出声音。BN铁路公司声称，音响探测器已经检查出数百个缺陷轴承。这样的检测器提供了一个预防性维护保养的声音依据。由于在轴承损坏之前对它们进行维修，能节省大量的时间和费用。而且当车辆卸空时，更换损坏的轴承能减少发运货物的延误。铁路当局对1984年由雇员发现而研制的音响探测器产生了兴趣。
图1
① 防松片；②螺栓密封圈；③密封；④外圈；⑤内圈；⑥密封座；⑦前盖螺栓；⑧前盖；⑨密封座；⑩内圈；⑾中隔圈；⑿滚柱；；⒀密封；⒁后档
根据BN铁路公司的技术报告，测听不良轴承的探测器将提供一个预防性维护保养的声音依据。
在滚柱轴承损坏之前，对它们进行维修将会节省无数的工时和费用。在车辆空载时，安排损坏轴承的更换，将避免延误我们货主货物的发运。
1987年5月，BN铁路公司研究和发展本部要求Servo。和Harmon公司为在美国铁路协会的科罗拉多州普韦布洛试验中心进行试验而提供音响探测器。
内布拉斯加大学监督拆下已知有缺陷的轴承，并作出缺陷记录。再把这些缺陷的轴承安装在普韦布洛试验中心的车辆上，并运行通过两台由承制厂家研制的音响探测器样机。这两家公司的产品均记录和分析了轴承的声音。
在七个月的时间里，BN铁路公司对重载和空载列车以不同的速度在各种天气条件下进行了试验。该轴承放置在试验列车的不同位置，这样，该公司能够精确地测定串音干扰。一台八声道的模拟录音机收集数据。几台台式计算机记录温度和天气条件。
BN铁路公司应用仪器和电子技术经理鲍布•里德哈姆宣称：在试验过程中，两套带有已知缺陷的轴承发生咬死并严重损坏，在通过探测器仅2.5英里后，一套轴承即发生故障。该试验显示出，热轴监测系统的电流短路。
两家公司均利用试验中的发现去改进他们的音响探测系统样机。
BN铁路公司看到了这种检测仪大有益处
BN铁路公司确信用这种方法探测轴承缺陷有多种好处。轴承音响探测器能够在轴承本身破坏前数千英里就发出轴承损坏的信号。
BN铁路公司可以对有缺陷轴承安排计划进行维修，并采用一种预防性维修体制，以减少运行中轴承损坏。这样能够Z大限度地减少由于轴承损坏而引起的列车延误，因而影响货主的货物发运。
轴承音响探测将会使伯林顿北方铁路公司改善列车运行状况，提高可靠性，使货主更加满意。减少维修费用和脱轨事故。
BN铁路公司在进行音响探测试验中，遵循了这样的理论，即滚柱轴承是逐渐失效的，首先仅产生异音，但并不发热或出现损坏的迹象。当一套轴承达到其磨损的第二阶段或Z后阶段时，现在采用红外监测系统监测其发热情况。
BN铁路公司的技术报告中谈到，当失效轴承通过探测器时，并不都是发热的。而在超过探测点只数英里，滚柱轴承就可能会发热，引起突然损坏，而且常常造成行车事故。
该公司还说：轴温监测器报告的轴承发热并不都是可靠的，由于新轴承可能会比有缺陷的轴承产生更高的热，轴承发热一天也可能不会出事情。再一方面，轴承通过弯道时比在直线区间要热些，同时，有缺陷的轴承也并不一定是连续发热的。
轴承缺陷征象信号的处理
这里是一个由Servo公司合作进步发展总经理约瑟夫•伊•巴姆伯拉所提供的音响探测轴承缺陷原理的论述。由于滚柱轴承的行星运动，在外圈和内圈滚道上的缺陷以及滚柱上的缺陷有着不同的特征的撞击重复频率，它是轴承的几何结构和车轴转速的函数。而车轴的转速又取决于车轮直径和列车这度。
在列车速度40英里/小时的情况下，相应于通常常用的车轮直径和轴承尺寸所计算出的重复撞击频率列入表“x”。
在滚柱轴承损坏之前，对它们进行维修将会节省无数的工时和费用。在车辆空载时，安排损坏轴承的更换，将避免延误我们货主货物的发运。
1987年5月，BN铁路公司研究和发展本部要求Servo。和Harmon公司为在美国铁路协会的科罗拉多州普韦布洛试验中心进行试验而提供音响探测器。
内布拉斯加大学监督拆下已知有缺陷的轴承，并作出缺陷记录。再把这些缺陷的轴承安装在普韦布洛试验中心的车辆上，并运行通过两台由承制厂家研制的音响探测器样机。这两家公司的产品均记录和分析了轴承的声音。
在七个月的时间里，BN铁路公司对重载和空载列车以不同的速度在各种天气条件下进行了试验。该轴承放置在试验列车的不同位置，这样，该公司能够精确地测定串音干扰。一台八声道的模拟录音机收集数据。几台台式计算机记录温度和天气条件。
BN铁路公司应用仪器和电子技术经理鲍布•里德哈姆宣称：在试验过程中，两套带有已知缺陷的轴承发生咬死并严重损坏，在通过探测器仅2.5英里后，一套轴承即发生故障。该试验显示出，热轴监测系统的电流短路。
两家公司均利用试验中的发现去改进他们的音响探测系统样机。
BN铁路公司看到了这种检测仪大有益处
BN铁路公司确信用这种方法探测轴承缺陷有多种好处。轴承音响探测器能够在轴承本身破坏前数千英里就发出轴承损坏的信号。
BN铁路公司可以对有缺陷轴承安排计划进行维修，并采用一种预防性维修体制，以减少运行中轴承损坏。这样能够Z大限度地减少由于轴承损坏而引起的列车延误，因而影响货主的货物发运。
轴承音响探测将会使伯林顿北方铁路公司改善列车运行状况，提高可靠性，使货主更加满意。减少维修费用和脱轨事故。
BN铁路公司在进行音响探测试验中，遵循了这样的理论，即滚柱轴承是逐渐失效的，首先仅产生异音，但并不发热或出现损坏的迹象。当一套轴承达到其磨损的第二阶段或Z后阶段时，现在采用红外监测系统监测其发热情况。
BN铁路公司的技术报告中谈到，当失效轴承通过探测器时，并不都是发热的。而在超过探测点只数英里，滚柱轴承就可能会发热，引起突然损坏，而且常常造成行车事故。
该公司还说：轴温监测器报告的轴承发热并不都是可靠的，由于新轴承可能会比有缺陷的轴承产生更高的热，轴承发热一天也可能不会出事情。再一方面，轴承通过弯道时比在直线区间要热些，同时，有缺陷的轴承也并不一定是连续发热的。
轴承缺陷征象信号的处理
这里是一个由Servo公司合作进步发展总经理约瑟夫•伊•巴姆伯拉所提供的音响探测轴承缺陷原理的论述。由于滚柱轴承的行星运动，在外圈和内圈滚道上的缺陷以及滚柱上的缺陷有着不同的特征的撞击重复频率，它是轴承的几何结构和车轴转速的函数。而车轴的转速又取决于车轮直径和列车这度。
在列车速度40英里/小时的情况下，相应于通常常用的车轮直径和轴承尺寸所计算出的重复撞击频率列入表“x”。
X表
内圈滚道缺陷有Z高的特征频率，外圈滚道缺陷的特征频率稍低子内圈，滚柱缺陷的特征频率Z低。
表中所列相对于每一车轮和轴承组合的滚柱缺陷频率有两个。其中较低的频率是滚柱的基本旋转速率。较高的频率是滚柱基本
的第二谐波。
在某种悄况下，也可能存在任何一种频率，或者是两者都有。如果当一个滚柱缺陷影响到外圈滚道时，发出的声音比内圈的大，或者反过来也是一样，则基本的频率就占优势。
当外圈和内圈撞击所发出的声音基本上相等，则较高的频率是占主要的。
从x表中可看到，滚柱缺陷的基本频率接近于轮轴频率的第五谐波，而外圈缺陷频接近于轮轴的第十谐波。因此，其他的轴承缺陷，比如端盖松弛、后挡松弛或内圈松弛，在这些轮轴谐波的附近会有撞击的波谱成份。
轴承缺陷发出的异音音强等级与缺陷的严重程度、运行速度、车辆载重有关。载重车辆较无载车辆上的缺陷轴承发出更强的异音，高速列车发出较强的异音，空车在高速下发出有更多杂声背景的异音。
对于一个独立应用的轴承缺陷音响探测器，其实时信号处理可用简化的方框图2说明。信号处理提取由设在轨道旁的传感器收集到的与金属音响信号相关的电信号。处理程序包括滤波、检波和波谱分析。
表中所列相对于每一车轮和轴承组合的滚柱缺陷频率有两个。其中较低的频率是滚柱的基本旋转速率。较高的频率是滚柱基本
的第二谐波。
在某种悄况下，也可能存在任何一种频率，或者是两者都有。如果当一个滚柱缺陷影响到外圈滚道时，发出的声音比内圈的大，或者反过来也是一样，则基本的频率就占优势。
当外圈和内圈撞击所发出的声音基本上相等，则较高的频率是占主要的。
从x表中可看到，滚柱缺陷的基本频率接近于轮轴频率的第五谐波，而外圈缺陷频接近于轮轴的第十谐波。因此，其他的轴承缺陷，比如端盖松弛、后挡松弛或内圈松弛，在这些轮轴谐波的附近会有撞击的波谱成份。
轴承缺陷发出的异音音强等级与缺陷的严重程度、运行速度、车辆载重有关。载重车辆较无载车辆上的缺陷轴承发出更强的异音，高速列车发出较强的异音，空车在高速下发出有更多杂声背景的异音。
对于一个独立应用的轴承缺陷音响探测器，其实时信号处理可用简化的方框图2说明。信号处理提取由设在轨道旁的传感器收集到的与金属音响信号相关的电信号。处理程序包括滤波、检波和波谱分析。
图2
a.滤波；b.检波；c.波谱分析；d.列车速度，轴数
①钢轨2；②钢轨1；③声音传感器；④车轮传感器；⑤声音信号处理；⑥输出
波谱分析的功能是为了对每一种常见的车轮直径和轴承尺寸的组合分辨其轴承缺陷的特征频率而预先拟定的。它是通过从两个车轮传感器得到的列车速度信息来进行动态控制的。音响信号与轴数有关。
当特征频率被分辨出在一个窄带通允许的波道内时，便会产生一个相应于缺陷音响音平的输出。
对于每种类型缺陷超出设定音平输出的报警，均能分别发出。缺陷轴承是由列车侧面轴数定位。对于严重的滚柱缺陷，要求分开报警，这是由于这种缺陷导致突然严重烧轴的危险性极大。
在音响探测与轴温监侧结合起来应用时，音响探测到的一个轴承缺陷再加上轴温不正常，可能显示该轴承已接近损坏。音响探测到的一个缺陷，并没有轴温的异常，这样能够及早发现，以便及时在就近工厂采取维修措施。
当特征频率被分辨出在一个窄带通允许的波道内时，便会产生一个相应于缺陷音响音平的输出。
对于每种类型缺陷超出设定音平输出的报警，均能分别发出。缺陷轴承是由列车侧面轴数定位。对于严重的滚柱缺陷，要求分开报警，这是由于这种缺陷导致突然严重烧轴的危险性极大。
在音响探测与轴温监侧结合起来应用时，音响探测到的一个轴承缺陷再加上轴温不正常，可能显示该轴承已接近损坏。音响探测到的一个缺陷，并没有轴温的异常，这样能够及早发现，以便及时在就近工厂采取维修措施。
来源：《国外机车车辆工艺》1990年03期