聲學監測站、車輪檢測方法和列車軸承故障被動聲學診斷系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于列車軸承故障診斷技術領域，具體涉及一種聲學監測站、一種基于狀態基車輪檢測方法的和列車軸承故障被動聲學診斷系統。
【背景技術】
[0002]滾動軸承作為列車車輛主要部件之一，其故障狀態直接影響到列車安全運行以及人民生命財產安全，所以對其故障狀態的實時監測診斷、及時報警處理尤為重要。
[0003]目前，我國對列車車輛滾動軸承故障狀態的診斷主要采用人工操作感知、紅外溫度判斷、振動信號檢測、聲學信號檢測四種方法，其中人工操作感知是在車輛輪對進站維修時工人手動轉動軸承，通過聽覺判斷異音，通過觸覺判斷異常振動，依靠個人經驗對軸承故障狀態做出判斷，這種方法周期長、個人主觀性強，在檢修周期內和個人經驗不足時無法對軸承故障進行診斷；我國鐵路沿線已鋪設了廣大的紅外軸溫監測網絡，在每個監測點對經過列車車輛軸承溫度進行測量，綜合多個監測站的結果對軸承故障狀態進行報警，滾動軸承只有在故障的末期和重載荷情況下才會有顯著的溫升，在故障末期軸承將快速失效，時間上可能來不及處理，這種方式不能對軸承故障的發生發展故障進行監測；列車運行時振動源非常多，振動傳感器不能直接與滾動軸承相連接，振動傳感器接收到的信號大多數情況下包含了多個振動源，軸承故障異常振動信號易受到其它振動源的干擾，不能對軸承故障發生發展的過程進行有效監測；聲學診斷系統利用軸承在故障發生發展的過程中發出的異常聲音對其故障狀態進行跟蹤，目前我國已經初步建立了貨車軸承故障聲學檢測網絡，主要引進國外成熟的產品，已對貨車軸承故障監測診斷起到了重要的作用，但是其系統設計上還存在很多不足，主要表現在:①只針對貨車軸承故障進行診斷，系統設計上不能兼顧貨車、客車、動車車輛軸承故障診斷系統設備陳舊，大多都是10年前的設備，處理能力不足，造成系統配置存在不必要的冗余；③需要利用鐵路專網造成網絡布設成本的增加。
[0004]因此，本發明提出一種新穎的聲學監測站、聲學監測站用車輪檢測方法和和列車軸承故障被動聲學診斷系統，設計上兼顧了貨車、客車、動車，同時在多點數據傳輸上提出采用現有成熟的4G通信網絡進行探測結果的上傳，在綜合處理中心對所有探測結果數據進行融合處理，對異常軸承進行跟蹤，最終確定軸承故障狀態。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種聲學監測站、一種聲學監測站用車輪檢測方法和列車軸承故障被動聲學診斷系統，對貨車、客車、動車列車行駛過程中滾動軸承故障進行多點實時監測，當發生軸承故障時自動通知檢修部門，減小了列車軸承故障引起的安全隱患。
[0006]本發明所采用的技術方案為:一種聲學監測站，包括數據采集故障診斷系統、兩組線陣傳聲器陣列、車輪傳感器組、以及通信設備；其中，
[0007]所述車輪傳感器組包含多個聲學車輪傳感器，用于輔助軸承聲信號的采集；
[0008]各所述線陣傳聲器陣列分別對位布設在鐵軌的兩側，完成對軸承聲信號的采集；
[0009]所述數據采集故障診斷系統用于所述車輪傳感器組和所述線陣傳聲器陣列獲得的信息，對經過列車的軸承故障狀態進行診斷，形成故障診斷報文；以及
[0010]所述通信設備用于傳送故障診斷報文。
[0011]所述的聲學監測站還包括車號識別系統，車號識別系統包括:兩個攝像機、兩個測速雷達、AEI天線、AEI主機和識別主機；所述兩個攝像機對列車車號進行拍照并通過圖像處理識別車號，兩個測速雷達分別對兩個方向的經過列車進行測速。
[0012]所述線陣傳聲器陣列包括多個傳聲器陣元，各傳聲器陣元包括指向性聲學腔，每個指向性聲學腔包含一級聚焦腔、二級消聲腔和聲學腔內部放置的傳聲器，所述一級聚焦腔用于聚焦軸承聲信號，所述二級消聲腔用于對軸承聲信號進行消聲，使軸承聲信號在所述二級消聲腔內不能產生長時間的混響。
[0013]所述一級聚焦腔呈開口喇叭狀附屬在所述二級消聲腔的前面板上，在附屬連接位置所述二級消聲腔開有與所述一級聚焦腔后喇叭口同樣大小的孔，聚焦的軸承聲信號通過所述孔傳入所述二級消聲腔；所述傳聲器放置在所述二級消聲腔內部，放置位置為所述一級聚焦腔聲音聚焦點，所述位置由所述一級聚焦腔延伸至所述二級消聲腔。
[0014]所述線陣傳聲器的二級消聲腔內壁采用迷宮式結構并粘貼有吸聲材料。
[0015]所述一級聚焦腔聚焦范圍是以中心線為界左右角度范圍為30度?35度，中心線上下角度范圍為±9.5度?±10.5度，所述一級聚焦腔前邊緣距離列車軸承外側800毫米?900毫米。
[0016]所述車輪傳感器組還包括多個開機車輪傳感器，用于判斷來車方向。
[0017]所述車輪傳感器優選采用磁傳感器。
[0018]一種聲學監測站用車輪檢測方法，對于列車車輪經過所述磁傳感器時產生磁信號，所述方法包括以下步驟:
[0019]尋找極小值點的步驟，自空閑狀態①開始，逐點檢測，找到極小值點進入狀態②；
[0020]尋找過零點的步驟，根據極小值點與上一個車輪位置的采樣點數差值，自狀態②開始逐點檢測，找到過零點，進入狀態③；
[0021]尋找極大值點的步驟，自狀態③開始逐點檢測，找到極大值點，進入狀態④，當狀態④有效時，記錄狀態③過零點的位置作為車輪到來的時刻。
[0022]—種列車軸承故障被動聲學診斷系統，包括所述聲學監測站、信息匯集服務器、綜合處理中心、顯示終端和通信設備，多個所述聲學監測站布設在鐵路沿線，用于采集列車軸承聲數據并分析形成診斷報文；所述信息匯集服務器通過所述通信設備接收所述聲學監測站傳輸的診斷報文，并判斷所述各聲學監測站上傳的報文是否有軸承故障，當有軸承故障時，將該診斷結果和對應的分離融合后的單個軸承聲數據傳給所述綜合處理中心；所述綜合處理中心對檢測到的軸承故障進行匹配分析，確認故障等級和種類，和歷史信息相結合判斷該軸承故障狀態是否達到報警條件，如果達到報警條件形成報警信息，將報警信息和綜合診斷結果上傳所述信息匯集服務器，如果沒有達到報警條件，則形成故障發展趨勢信息，將發展趨勢信息和綜合診斷結果上傳至所述信息匯集服務器；所述顯控終端用于顯示所述信息匯集服務器上的最新數據和/或歷史數據。
[0023]本發明的一種聲學監測站和列車軸承故障被動聲學診斷系統，可分布式多點安裝在我國鐵路沿線，無人值守式對列車行駛過程中滾動軸承故障進行多點實時監測，當發生軸承故障時自動通知檢修部門，及時對故障進行處理，減小了列車軸承故障引起的安全隱患。傳聲器陣元采用二次級聯指向性聲學腔的設計，可以對貨車、客車、動車列車軸承故障進行在線診斷，對我國鐵路安全運行具有重要的意義。
[0024]以下結合附圖和具體實施例對本發明作詳盡說明。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的分布式列車軸承故障實時被動聲學診斷系統組成示意圖；
[0026]圖2是本發明的分布式列車軸承故障實時被動聲學診斷系統的聲學監測站系統組成示意圖；
[0027]圖3是本發明的分布式列車軸承故障實時被動聲學診斷系統的聲學監測站雙向接車工作流程；
[0028]圖4是本發明的車輪磁信號狀態基；
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