车辆滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统TADS课件

车辆滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统

TADS一、TADS介绍1.TADS名称2.系统概述3.国内、外情况4.技术指标5.工作原理6.系统组成一、TADS介绍1.TADS名称车辆滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）

TracksideAcousticDetectionSystem(TADS)一、TADS介绍2.系统概述系统采用声学诊断技术和计算机网络技术，通过对运行中车辆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。一、TADS介绍

它与红外轴温探测系统相结合，共同组成车辆轴承的安全保障系统，能更加有效地防止切轴和脱轨，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。该系统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，使行车安全性更高，从而确保行车安全，提高铁路运输的效率和服务水平，增强市场竞争力。一、TADS介绍3.国内应用情况局别安装地点设备数量1哈尔滨局成高子、五家、大兴32沈阳局锦州、万家营33北京局廊坊、涿州34太原局下庄、卢龙北35郑州局广武、谢庄、商丘北、商丘南、贾营、夏庄、王村、双石碑、新乡96成都局青龙场、大土、马场57南宁局洛满38西安局赤水、蔡家坡、行者、西安南49武汉局新沟、贺胜桥、祁家湾、罗铺、新洲、江湾、信阳东、葛店8一、TADS介绍3.国内应用情况序号局别安装地点设备数量10上海局海宁、永宁、龙潭、诸暨、烔炀河、下塘集、阜南、亳州、妙西1211南昌局向塘、三江镇212广铁集团白马垄、渌口613兰州局嘉峪关上下行、中卫上下行714乌鲁木齐局哈密、火石泉415青藏公司格尔木、拉萨、格尔木西416昆明局南昆、沪昆217济南局日照118呼和浩特局3合计2015年初为止86套一、TADS介绍3.国内应用情况青藏线一.TADS介绍3.国内应用情况国内发现的部分故障一、TADS介绍3.国内应用情况国内发现的部分故障一、TADS介绍3.国内应用情况客车轴承故障2013年5月29日11:01，K7082次旅客列车（东方红-哈尔滨）通过成高子试验站，TADS预报机后第12辆客车左1轴承故障。一、TADS介绍4.技术指标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：3级，1级、A级最高。适应车速：货车30～110km/h，客车30～160km/h。检测精度：预报准确率≥97%。自动计轴、计辆和测速。预报的故障轴承的车号和轴位的自动定位。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。一、TADS介绍4.技术指标环境温度:室外设备：－40℃～＋70℃；室内设备：－20℃～＋60℃；环境湿度：室外设备：小于等于95％；室内设备：小于等于85％； 日温差：小于等于35℃。适应电源：交流电源：220V＋15％，50Hz；一、TADS介绍4.技术指标信息传输：信息传输方式：TADS探测站与路局监测中心采用两线专用通 道或宽带传输。数据传输接口：RJ45网络接口。数据传输速率：专线传输速率不低于9600bps，网络传输为 2M。传输接口协议：CCITT及我国铁路通信的有关规定。传输校验方式：文件传输协议(FTP)。一、TADS介绍

由于滚动轴承加工或装配不当，润滑不良，异物侵入，腐蚀剥落，过载以及长期运转等原因都可能导致早期损伤。滚动轴承的故障可根据滚动轴承的损伤形式、故障的部位及缺陷级别进行分类。按滚动轴承的损伤形式分类滚动轴承的一般故障常见的破坏形式有：麻点、辗皮、剥离、擦伤、烧附、热变色、腐蚀、微振磨蚀、凹痕、压痕、拉伤、磕碰伤、划伤、裂损、电蚀。5.工作原理轴承损伤基础知识

基础技术介绍

缺陷定义：零件表面在高接触应力的循环作用下产生的金属片状剥落现象。

形态特征：具有一定的深度和面积；表面呈凹凸不平鳞状；具有尖锐的沟角。通常呈现疲劳扩展特征的海滩状条纹。

发生部位：轴承内、外圈滚道面和滚子滚动面重点研究剥离缺陷重点研究内、外圈和滚子剥离缺陷一、TADS介绍一、TADS介绍5.工作原理

利用声学传感器拾取轴承的声音（噪声）信号，采用特定的信号分析技术，可以从频域或幅域提取出轴承的故障特征，再应用各种模式识别方法，就能够实现滚动轴承的故障诊断。幅域特征可以反映故障的程度，频域特征则可以反映故障的部位。因为故障部位不同，其产生的重复冲击频率是不一样的。根据轴承运动学原理，如果已知轴承的几何参数和转速，就可以计算出各轴承零件产生故障时的特征频率。通过对实测信号进行分析，查找特征频率成分，即可判别故障所在。一、TADS介绍5.工作原理关键技术 1.声音信号的拾取 2.系统降噪与高速采集 3.故障诊断与人工智能 4.波形分析与图谱分析 5.系统网络化与监控管理一、TADS介绍5.工作原理轴承基本结构：外圈、内圈、滚动体和保持架四部分。内、外圈之间相对转动，滚动体绕轴心自转，同时相对内、外圈公转。一、TADS介绍5.工作原理

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。一、TADS介绍声学传感器阵列（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MC1MC2MC3MC4MC5MC6MC1MC2MC3MC4MC5MC6一、TADS介绍声学传感器采集范围一、TADS介绍麦克风信号分割合成示意图一、TADS介绍麦克风信号分割合成示意图

通过磁钢触发点确定轴承在每个麦克风文件中的段落，并进行截取，按照经过的先后顺序进行衔接，就可以获得轴承通过麦克风阵列的声音文件了，如图5.14。外圈故障的声音图谱故障特征获取一、TADS介绍内圈故障的声音图谱

一、TADS介绍滚子故障的声音图谱

一、TADS介绍一、TADS介绍6.系统组成

TADS系统主要由地面探测站、铁路局服务器、铁路总公司服务器和复示终端组成。

其中地面探测站是TADS的核心，分为室内和室外两大部分。一、TADS介绍地面探测站

TADS系统设备可以分为室外、室内两大部分，室外部分主要由TADS轨边设备和AEI设备组成，该部分主要是对通过的列车进行计轴、计辆、采集车号、采集轴承声音的功能。室内部分主要由机柜和UPS电源组成。机柜里有防雷箱、AEI主机、远近端放大器、KVM箱、HUB箱、远程电源控制箱、SIPS箱、三台工控机。一、TADS介绍整体布局一、TADS介绍室外部分

TADS探测站的室外设备主要包括保护箱（声音传感器阵列），声学传感器，AEI地面天线及车轮传感器等设备。一、TADS介绍保护箱：保护箱主要是保护声学传感器，保护箱是具有抗震性的箱体，设有保护门，只有在列车通过时才打开，可适应轨边环境。保护箱安装在钢轨的两侧，每侧有三个，每个保护箱内有两个声学传感器。

一、TADS介绍声学传感器：每侧有6个声学传感器，用于采集车辆轴承运转产生的声音信号。它采用指向性设计，具有很好的声学波瓣图，直接朝向轴承，能够减少噪声影响。

一、TADS介绍保护门传感器：对保护门开关进行控制。通常当没有列车通过时，保护门传感器使保护门处于关闭状态。当有列车通过时，保护门传感器打开保护门，使其处于打开状态，这时声学传感器将对通过的列车进行声音采集工作。列车通过后，保护门传感器将关闭保护门，使保护门处于关闭状态。

一、TADS介绍声学车轮传感器：声学车轮传感器用磁钢卡具固定在钢轨上。当列车接近时，自动启动TADS系统，用于轴承的定位、计轴和测速等。

一、TADS介绍AEI设备：包括AEI车轮传感器、分线箱和天线，主要是对通过的列车进行车次、车号、车速等车辆信息进行采集，给声学设备提供所需要的车辆信息。

一、TADS介绍室内部分

①MACOMPTER②FSCOMPTER③NSCOMPTER④SIPS箱⑤远程电源控制箱⑥HUB箱⑦KVM箱⑧FS放大器⑨NS放大器⑩AEI主机⑾防雷箱⑿温控箱一、TADS介绍

主处理计算机（MA）：主处理计算机是与两台远、近端信号采集处理计算机协同同步工作，接收远、近端信号采集处理工业控制机计算机采集的数据、接收AEI数据，并对判别的轴承故障数据进行综合判断分析，通过与AEI数据的结合，确定故障轴承的位置并存储数据，通过网络向上一级服务器发送采集到的过车数据。

一、TADS介绍

远、近端信号采集处理计算机（FS、NS）：远、近端信号采集处理计算机接收到室外设备采集到的轴承声音信号，通过安装在计算机上的软件进行处理，完成轴承的诊断判别工作，并把处理后的数据传送给主处理计算机。远、近端信号采集处理工业控制机还可以对室外的声学传感器和声学车轮传感器进行检测。通过检测可以判断室外的声学传感器和声学车轮传感器的工作状况。

一、TADS介绍

远、近端信号采集处理计算机（FS、NS）：在远、近端信号采集处理计算机里分别装有两个PCI卡，一个是I/O卡，一个是A/D卡。I/O卡控制保护门的开启和关闭，A/D卡处理室外设备采集的声音信号和磁钢控制信号，A/D采集卡除了具有数据采集的功能之外，还拥有专用的数据处理系统，包括2个DSP处理器和一个具有专用的32位板上操作系统的板上计算机系统，根据要求可以完成声音信号的抗混叠滤波、声音处理等高级功能。

一、TADS介绍

电源信号分配箱（SIPS箱）：电源信号分配箱（SIPS箱）是对各种信号提供接口电路的机箱，通过SIPS箱对室外设备进行控制信号分配，并且控制声学传感器阵列箱保护门开启或关闭以及室外风扇的开、关。

一、TADS介绍

远程电源控制箱：远程电源控制箱是向车号地面AEI主机、探测站主计算机、NS、FS数据采集计算机、SIPS箱、HUB箱、NS、FS放大器箱等设备提供电源输出。它通过电话线与室内电话直接连接，可以在其他地方通过拨打电话方式，远程控制各个机器设备的电源开或关。首先输入密码654321然后输入控制指令11#一、TADS介绍

HUB箱：HUB箱将主、从三台计算机联网，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，并且提供向上传输数据的通道。同时为KVM转换器提供电源。一、TADS介绍

KVM转换器箱：KVM是提供三台计算机的显示界面和控制操作的显示器，通过它可以方便的操作任意一台计算机，可以提供快捷方便的显示操作工作。一、TADS介绍FS、NS放大器：放大器包括远、近端放大器组。每组6个通道，接收声学传感器阵列信号，并对室外声学传感器阵列信号进行滤波和高保真放大处理，是采集轴承声音的重要组成部分。一、TADS介绍

AEI主机：AEI主机主要是自动识别列车的车次、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。增加TPIN接口，利用磁钢信号打开保护门。07C一、TADS介绍防雷箱：防雷箱是对除声学传感器外的各种传感器信号、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，是保证设备安全的必要设备，可以对防止设备遭受雷击起到很好的作用。二、TADS系统运用管理1.轴位定义2.运用管理3.扣车标准4.信息反馈二、TADS系统运用管理1.TADS轴位定义（按运行方向）

预报时采用运行方向及标签位置定位方向进行预报。运行方向二、TADS系统运用管理1.TADS轴位定义（按标签位置）轴承运行状态跟踪时以按标签位置定位方式为标准；预报时采用运行方向及标签位置定位方向进行预报。二、TADS系统运用管理车辆方位A

按标签位置定位A2

按运行方向定位左1

二、TADS系统运用管理车辆方位B

按标签位置定位A6

按运行方向定位右2

四、TADS系统运用管理2.运用管理

①当车辆新造或进行检修后，TADS系统通过车辆制造工厂或车辆段AEI设备和其它相关信息系统获得车辆和轴承的信息，上传铁道部TADS数据库。

②对线路上运行的轴承实时监测，记录通过TADS时的运行状态。

③发现某个轴承出现故障后，自动跟踪，当轴承故障达到一定危险程度时进行报警，提示进行扣车换轮处理。

④故障轴承退卸分解后，车辆段将故障轴承的分解情况及故障照片信息反馈到铁道部TADS数据库。

二、TADS系统运用管理货车轴承闭环监控管理流程图：二、TADS系统运用管理报警管理

TADS系统采用网络化管理，在铁道部TADS服务器建立中央数据库，一方面可以存储全路范围内最完整、准确的货车轴承故障预报信息，另一方面对货车轴承的历史预报信息进行综合分析、对预报次数进行累计。

通过对预报次数的分析和根据联网扣车评判标准进行评判，可以进一步提高预报的准确性和可靠性。

二、TADS系统运用管理故障报警流程二、TADS系统运用管理工作标准

TADS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。二、TADS系统运用管理工作标准

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。二、TADS系统运用管理责任界定TADS未对轴承故障进行一级预报及扣车预报的轴位，现场检车人员只进行轴承外观检查。安装TADS铁路局未按规定进行扣车处理和检查确认，排到邻局后被邻局做扣车处理的，列该铁路局责任。二、TADS系统运用管理考核指标（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。二、TADS系统运用管理3.扣车标准（重点）

报警规定：

1）同一轴承连续预报一级三次及以上（连续三次以上预报一级）；

2）同一轴承连续五次通过探测站，其中预报一级三次及以上（通过五次，累计三次一级）；

3）同一轴承连续六次通过探测站，其中预报二级三次及以上（通过六次，累计三次二级）。

处理规定：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,做扣车处理。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。二、TADS系统运用管理对TADS单次预报轴承一级故障和TADS系统自动弹出对话框的扣车预报，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；由现场检车员对轴承进行检查确认；现场检车员要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，由动态检车员录入TADS。4.信息反馈二、TADS系统运用管理

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日内补录入到TADS。二、TADS系统运用管理TADS甩车粘贴标志格式扣车日期：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：120