车辆检测技术-TADS系统联网及应用

第十二章货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）

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联网应用介绍一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用一、系统概述1研发背景2发展历程3TADS已建成规模4TADS运行监测情况5TADS应用实例货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）TracksideAcousticDetectionSystem(TADS)系统概述TADS采用声学诊断技术和计算机网络技术，通过对运行中货车轴承噪声信号的采集和分析，识别轴承的工作状态，可提供有效的轴承内部早期故障诊断结果，在热轴之前发现故障。与红外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。TADS增强了轴承的预警能力，将防范关口前移，体现了“预防为主”的安全指导思想，确保行车安全。1研发背景系统概述国外情况：◎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，达到实用程度◎TTCI首先把这一产品在美国、澳大利亚、南非三个国家进行了推广使用

2发展历程系统概述国外情况：美国BNSFRailway

2发展历程系统概述国外情况：澳大利亚QueenslandRail

2发展历程系统概述国外情况：南非铁路2发展历程系统概述国外情况：北美铁路发现的部分故障轴承2发展历程系统概述国内情况：哈尔滨铁路科研所在80年代末，根据国外的资料，开始研究滚动轴承声学诊断系统，与哈尔滨船舶学院水声工程系合作，首先在理论上进行了研究，计算出轴承内圈、外圈、滚子故障的基本频率。然后设计出了方向性能好的声纳传感器。并利用计算机进行了信号采集、滤波、分析处理。但由于采集信号短，故障判断的可靠性不高，一直进展不大。

2发展历程系统概述国内情况：哈尔滨铁路科研所

2003年，哈尔滨铁路科研所与TTCI合作，引进TADS产品，并安装在大秦线进行试验。在试验过程中，对TTCI产品的硬件进行了全面的消化吸收，对软件进行联合开发，对系统的组网方式进行了改进，经过一年试验，取得了良好效果。2004年又在京广线郑州铁路局广武站安装了一台TADS设备，进行进一步的验证实验，采集了大量的数据，发现了大量的早期轴承故障，为保证行车安全发挥了很大作用，铁道部决定率先在六大干线建设TADS。2发展历程系统概述3TADS已建成规模

TADS系统于2005年在全路推广安装，在六大干线、青藏线、大秦线建设完成30套TADS设备，并且已全部投入使用。全路TADS分布情况如下图所示：系统概述3TADS已建成规模（分布图）系统概述3TADS已建成规模序号局别安装地点设备数量1哈尔滨局成高子、五家22沈阳局锦州、万家营23北京局廊坊、涿州24太原局下庄、卢龙北25郑州局广武、谢庄、商丘北、商丘南46西安局赤水、蔡家坡27济南局利国、夹沟2系统概述3TADS已建成规模序号局别安装地点设备数量8上海局海宁、永宁、龙潭、诸暨49南昌局向塘、三江镇210广铁集团白马垄、渌口211兰州局兰西上、兰西下212乌鲁木齐局哈密、火石泉213青藏公司格尔木、拉萨214合计30系统概述4TADS运行监测情况

全路TADS系统，可对六大干线、大秦线、青藏线上的货车进行监控，每天监控的车辆数为7.5万辆左右。截止到2006年底，运行监测情况如下表：系统概述4TADS运行监测情况序号内容数量1过车总列数6943042过车总辆数243455023故障预报次数3170114外圈故障数1179615内圈故障数705456滚子故障数698397其他故障数586668达到扣车报警数量3645系统概述5TADS应用实例2006年3月1日到3月20日在哈尔滨铁路局车辆处和哈尔滨车辆段的大力支持下，进行预报准确率考核，在考核期间预报了10个故障轴承，经过扣车，退卸，分解后，发现该10个轴承都存在不同程度的故障，兑现率为100%。系统概述故障种类及数量如下表：序号故障种类数量1内圈42外圈43滚子2合计105TADS应用实例系统概述5TADS应用实例（外圈故障）

这是二ＯＯ六年三月九日9点47分，五家TADS探测站检测，发现车次为H21015次，P62N

3317724车辆，R4轴承外圈故障，预报为2级。系统概述5TADS应用实例（外圈故障）系统概述5TADS应用实例（内圈故障）

这是二ＯＯ六年三月十日9点59分，五家TADS探测站检测，发现车次为H86401次，C61

4300700车辆，L4轴承内圈故障，预报为2级。系统概述5TADS应用实例（内圈故障）系统概述5TADS应用实例（滚子故障）

这是二ＯＯ六年三月十日9点59分，五家TADS探测站检测，发现车次为H86401次，C64K

4943274车辆，L1轴承滚子故障，预报为2级。系统概述5TADS应用实例（滚子故障）系统概述一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用二、TADS功能及设备构成1功能及主要技术指标2探测站构成3主要零部件4探测原理1TADS功能及主要技术指标主要技术性能及功能：自动检测通过列车滚动轴承的滚子、内圈、外圈等故障预报等级：4级适应车速：30～110km/h检测精度：预报准确率≥97%自动计轴、计辆和测速预报故障轴承的车号和轴位自动定位功能及构成1TADS功能及主要技术指标主要技术性能及功能：自动识别列车车次、车号信息自动跟踪故障轴承的发展趋势TADS探测站能够存储至少1个月的过车数据数据查询和统计功能具有自检，远程维护、升级和监控功能功能及构成2TADS探测站构成TADS探测站轨边设备是诊断系统的核心。它主要由室外、室内两部分组成。功能及构成TADS轨边设备构成图

远端声学传感器阵列防护防打桩防打桩微波天线分线箱声学检测磁钢测速磁钢开机磁钢近端声学传感器阵列防护防打桩防打桩声学检测磁钢HUB集线器、KVM转换器主处理计算机（专线或TMIS网上传）近端采集工控机远端采集工控机车号识别地面AEI声学信号放大器箱电源信号控制分配箱室外设备室内机柜内设备通讯、信号、电源防雷箱2TADS探测站构成功能及构成①室外设备2TADS探测站构成功能及构成①室外设备声学传感器陈列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，保护箱具有抗震、防水和灰尘功能，适应轨边环境。

2TADS探测站构成功能及构成①室外设备声学传感器陈列根据车辆轴承的尺寸及运行机理，车轮旋转2周，轴承滚动体旋转1周的特点，对于轴承内部任何某一部位发生故障产生缺陷时要全面、准确地拾取故障轴承所产生的振动声音，声学传感器的指向区域大约在6.5m左右。若采用单独的声学传感器，在这么大的指向区域内保持接收信号灵敏度的一致性是不可能的，从而难于对轴承故障的准确判别。2TADS探测站构成功能及构成①室外设备声学传感器位置示意图

TADS采用单侧6个声学传感器，每个传感器指向性设计的有效区域为1.1m左右，并相互交叉，保证了某一个轴承在探测区域内传感器接收的轴承振动信号是连续的，使得系统对轴承信号拾取更加全面和准确，保证了系统对故障轴承诊断的可靠性和准确性。2TADS探测站构成MC1MC2MC3MC4MC5MC6MC1MC2MC3MC4MC5MC6功能及构成①室外设备声学传感器用于拾取车辆轴承运转产生的声音信号，采用指向性设计，直接朝向轴承，具有很好的声学波瓣图，能够减少其它噪声影响。2TADS探测站构成功能及构成①室外设备车轮传感器用卡具固定在钢轨上，当列车接近时，自动启动系统，用于车轮定位、计轴和测速等。2TADS探测站构成功能及构成①室外设备地面AEI天线发射微波信号，同时接收标签反射回来的已调制信号，读取车次、车号信息

2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备MACOMPTERFSCOMPTERNSCOMPTERSIPS箱MODEM箱远程电源控制箱HUB箱KVM箱FS放大器NS放大器AEI主机防雷箱温控箱2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备通信、信号、电源防雷箱是对各种传感器信号、通信信号、控制电源信号进行抗雷电冲击及抗浪涌保护的装置，所有与室外连接的信号和电源均具有防雷和隔离。2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备轨边设备的信号隔离和防雷2TADS探测站构成功能及构成计算机信号转换防雷模块防雷模块防雷模块信号处理单元车轮传感器接近开关电机/风扇电源声学传感器②

室内设备声学信号放大器箱分近、远端放大器组。每组6个通道，接收声学传感器信号，并对信号进行滤波和高保真放大处理。2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备声学信号放大器箱由于采用6个传感器，就要求6个声学传感器接收信号的灵敏度一致，因此系统在每个传感器与放大器之间采用自适应校准技术，保证了6个声学传感器接收信号灵敏度的一致性。2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备电源信号控制分配箱（SIPS）是对各种信号提供接口电路、信号分配，控制声学传感器阵列箱保护门开启或关闭。对磁钢、麦克采集的信号进行整合处理，使之适应于计算机的识别和使用。

2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备电源信号控制分配箱（SIPS）由单片机系统对室外机械部分进行控制。远、近端由单独的模块进行控制，在单侧出现故障的时候，不会影响另一端的正常运行。2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备信号采集处理工业控制机分远、近端，主要用于信号采集、处理，通过建立的数学模型完成故障轴承的诊断判别工作。

2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备主处理计算机协同两台采集计算机同步工作，对判别的轴承故障数据进行综合评价分析，存储数据，完成与上位机的通讯。2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备HUB集线器、KVM转换器将三台计算机构成网络化连接，提高轨边设备综合处理数据能力及数据的高速交换能力。

2TADS探测站构成功能及构成②

室内设备AEI识别设备识别列车的车次、车号信息，计轴、计辆、测速，并将有关信息数据提供给TADS设备，完成对预报的故障轴承车号和轴位的自动定位。2TADS探测站构成功能及构成③

轨边设备的局域网系统

两台从机负责采集处理声音传感器阵列和车轮传感器的信号，主计算机负责两台从机的同步、数据的通讯、存储。三台计算机通过网卡和一个网络交换机连接。2TADS探测站构成网络交换机HUB主计算机NS计算机FS计算机键盘显示切换模块KVM功能及构成基本结构：外圈、内圈、滚动体和保持架四部分内圈、外圈之间相对转动，滚动体绕轴心自转，沿内、外圈滚动轴承滚动面出现缺陷时，滚动体碾压到缺陷部位，就产生冲击振动，从而产生异常声音振动特点，作用时间短，时域能量不大，但频率丰富且具有周期性3TADS探测原理－－轴承工作机理及故障分析

功能及构成利用声学传感器阵列采用现代声学诊断技术对高速运行列车的车辆滚动轴承故障信号进行实时拾取、滤波、采集、处理。采用了声学传感器阵列技术和多传感器信号合成及定位技术保证了系统对故障轴承诊断的可靠性和准确性。利用故障轴承信号拾取技术和系统降噪技术及频谱分析和小波形分析技术使得系统对故障轴承缺陷程度具有极高预报精度。该系统与车号自动识别系统结合，从而实现故障轴承的车号和轴位的自动定位。3TADS探测原理功能及构成一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用三、系统联网TADS系统采用动态检测，数据集中，联网运行，远程监控，信息共享的运行模式。整个网络由数据信息采集级和两个应用级（铁路局应用级、铁道部应用级）组成，设立TADS列检所复示终端、车辆段复示终端、路局红外中心监控终端、路局车辆处查询终端和铁道部查询终端，通过WEB方式实现对货车滚动轴承运行状况的多级监控。

1系统网络结构图TAD探测站5T节点服务器数据信息采集级

TMIS网车辆处查询终端红外中心监控终端车辆段复示终端列检所复示终端铁路局5T服务器铁路局应用级铁道部5T中央服务器铁道部查询终端铁道部应用级2TADS数据传输流程系统联网3数据信息采集级TADS探测站设备安装在车站进站方向，具有原始数据采集和故障判别等功能，将采集处理后的探测数据形成数据报文后通过专用的传输软件以FTP方式传送至节点服务器。节点服务器完成基本的数据处理及接口报文形成等功能。系统联网4铁路局应用级（网络构成图）系统联网4铁路局应用级铁路局5T服务器负责接收节点服务器发来的接口报文（包括数据、声音和自检信息等），创建ORACLE数据库和监控管理网站，并对轴承状况进行跟踪评判，对故障轴承进行告警。车辆处查询终端、红外中心监控终端、车辆段复示终端和列检所复示终端可以通过IE浏览器进行访问，实现对TADS探测数据的实时监控，对故障轴承进行报警处理，对历史探测数据进行查询和统计，并可以通过TADS轴承声音图谱播放软件在线收听故障轴承和对应正常参考轴承的声音并观看声音图谱。系统联网5铁道部应用级在铁道部设立5T中央服务器，接收全路所有TAD探测站的检测信息，建立全路车辆滚动轴承运行状态数据库和轴承故障档案数据库，并创建ASP.NET架构的部级监控管理网站。铁道部查询终端以WEB方式访问中央服务器，实时显示全路所有TADS探测站的列车探测信息，实现各种数据查询、分析和统计功能。系统联网一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用四、故障预报及反馈1故障轴承预报2联网跟踪报警3报警查询与反馈4轴位定义1故障轴承预报TADS探测站自动进行数据采集，并对通过列车的每一个轴承的探测数据进行分析，对轴承的运行状况进行级别评定和故障诊断。探测到的轴承故障信息提供给各监控、复示及查询终端。预报及反馈1故障轴承预报当TADS单次预报轴承一、二、三级故障时，由现场检车员对预报轴位进行检查确认。单次预报轴承一级故障货车，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。预报及反馈1故障轴承预报单次预报轴承一级故障货车，现场检车人员负责检查确认，并将检查确认结果向列检值班员报告，向动态检车组进行反馈，由动态检车员将检查确认结果录入系统中。在检查结果反馈中填写为换轮的故障轴承要求必须进行分解，并在15日之内填写分解结果反馈信息，否则按逾时记录。预报及反馈2联网跟踪报警TADS系统采用网络化管理，实现对经过探测站的货车轴承的运用状态实行联网评判，可以进一步提高预报的准确性和可靠性。对于TADS系统经过联网评判，达到扣车标准的报警轴承，列检复示终端自动进行报警提示，该车辆到达前方列检所后，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。预报及反馈2联网跟踪报警现场检车人员负责对系统预报故障进行全数检查确认，并将检查确认结果向列检值班员报告，向动态检车组进行反馈，由动态检车员将检查确认结果录入系统中。在检查结果反馈中填写为换轮的故障轴承要求必须进行分解，并在15日之内填写分解结果反馈信息，否则按逾时记录。预报及反馈2联网跟踪报警（报警流程）预报及反馈2联网跟踪报警（历史预报明细表）预报及反馈2联网跟踪报警（历史预报趋势图）预报及反馈3报警查询与反馈预报及反馈报警轴承查询报警轴承确认检查结果反馈检查结果查询分解结果反馈分解结果查询3报警查询与反馈（报警轴承查询）预报及反馈3报警查询与反馈（报警轴承查询）预报及反馈3报警查询与反馈（报警轴承确认）预报及反馈3报警查询与反馈（检查结果反馈）预报及反馈3报警查询与反馈（检查结果查询）预报及反馈3报警查询与反馈（检查结果查询）预报及反馈3报警查询与反馈（分解结果反馈）预报及反馈3报警查询与反馈（分解结果反馈）预报及反馈轴承左标志板内容：A栏：轴承首次装用年月、轴承分类号、轴承制造厂代号

B栏：轮对第一次组装年月日、轴号C栏：轴承本次装用年月日

D栏：轴承本次装用单位代号

3报警查询与反馈（分解结果查询）预报及反馈3报警查询与反馈（分解结果查询）预报及反馈3报警查询与反馈（分解照片信息页）预报及反馈4TADS轴位定义预报及反馈轴承运行状态跟踪时以该轴位定义方式为标准，预报时可以自动按运行方向进行预报。A1A3A5A7A2A4A6A8一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用五、TADS标准1TADS预报标准2TADS运用标准3TADS预报反馈程序4TADS工作标准5考核指标1TADS预报标准TADS建立数学模型，根据货车运行速度、轴承震动频率、轴承运转噪声、轴承故障类型进行后台分析故障类型：外圈、内圈、滚子、其它故障级别：

一级、二级、三级TADS标准2TADS运用标准当TADS单次预报轴承一、二、三级故障时，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。TADS标准2TADS运用标准扣车预报对话框TADS标准3TADS预报反馈程序TADS动态检车人员负责将系统预报故障向列检值班员报告，列检值班员负责将系统所有预报故障按辆为单位向现场检车人员进行预报，现场检车人员负责对系统预报故障进行全数检查确认，并将检查确认结果向列检值班员报告，向动态检车组进行反馈，由动态检车员将检查确认结果录入系统中。TADS标准3TADS预报反馈程序车辆段运用车间要按照实现货物列车检查作业手段现代化的要求，推广使用“货车列检作业手持机系统”，实现货车安全防范系统信息预报、信息反馈和统计分析的自动化。TADS标准3TADS预报反馈程序对TADS单次预报轴承一、二、三级故障货车和TADS系统自动弹出对话框的扣车预报货车，动态检车员要立即将车次、车号、辆序、轴位等情况经动态检车组长向列检值班员报告；由列检值班员通知现场检车员；由现场检车员对单次预报货车和扣车预报货车进行检查确认；现场检车工长要对现场检车员认定无故障的扣车预报货车进行复核；现场检车员要将所有预报货车的检查确认结果向动态检车组进行反馈，由动态检车员录入TADS。TADS标准3TADS预报反馈程序对存在故障货车按有关规定办理扣车手续，并在轴承外圈的正下方，粘贴不干胶标志，注明“TADS故障”字样（见后表），将故障车辆调至站修所后进行换轮处理；故障轮对送至车辆段检修车间进行轴承退卸处理，检修车间对轴承退卸分解后发现的故障进行拍照存档，由车辆段安排专人汇总轴承故障类型及照片，15日内补录入TADS。TADS标准3TADS预报反馈程序TADS甩车粘贴标志格式TADS标准扣车日期：车次：车号：预报：机后位，左（右）位预报级别：甩车地点：处理人：处理日期：预报设备：TADS不干胶贴大小：120mm×50mm，表格大小：105mm×45mm4TADS工作标准TADS动态检车员在交接班时，交班人员应认真填写《货车安全防范系统动态检车组交接班记录薄》。接班人员应确认设备状态良好，向交班人员了解设备使用情况及探测网络运行情况，检查记录台帐，交接班人员共同在交接班记录薄上签字。TADS标准4TADS工作标准TADS动态检车组长负责监测TADS系统运行状态，并负责传输通道故障的监测，要将TADS故障情况及时上报车辆段进行处理。当TADS客户端计算机无法正常工作时，要立即向列检值班员报告，由列检值班员通知该班现场检车工长，由现场检车员按技检标准对列车进行人工检查。TADS标准5

考核指标（运用“三率”）检查率=检查确认辆（件）数/系统预报辆（件）数×100%扣车率=扣修货车辆数/系统预报辆数×100%

注：系统预报辆数为1级故障数及扣车报警数，但不包括直通车。漏检率=后续单位扣修辆数/本单位排出辆数×100%

后续单位和本单位目前暂按探测站为单位统计。TADS标准一、系统概述

二、TADS功能及设备构成

三、系统联网四、故障预报及反馈五、TADS标准六、软件使用六、软件使用1软件组成2网站功能3网站主要页面1