基于DSP+MCU的列车滚动轴承故障诊断系统设计

3 实例分析

实验用轴承参数如下：滚动体直径：O．84235英寸；支架直径：7．5653英寸；轮子直径：35．89英寸；接触角α：10°；车速：30 km／h。

当轴承外圈滚道发生点蚀、裂纹及表面剥落等局部损伤故障后，滚动轴承便产生冲击振动。利用加速度传感器获取轴承振动信号，采样频率为261436SPS，滚动轴承正常、滚子破裂、多处外圈剥落时振动信号的时域波形如图3所示。按照前述方法对外圈剥落振动信号进行包络处理，并采用B样条函数进行7层小波变换，得到信号包络在特征尺度重构信号如图4所示。



通过检测经小波变换的模量极大点沿尺度的演变规律，可将噪声所产生的模量极大点与信号产生的模量极大点区分开。如果某模量极大点的幅值沿尺度的减小而显著增加，则为是由噪声产生的而予以剔除。为了考察模量极大点沿尺度的传播性，本文采用一个简单的方法做初步判断，即：如果某一尺度上的一个模量极大点的位置非常接近下一个尺度的一个模量极大点，并且它们具有相同的符号，那么可以认为该模量极大点传播到了下一个尺度上，否则即为沿尺度不传播的模量极大点，予以剔除。经过筛选所保留下来的各个尺度上的模量极大点就反映了包络信号的主要特征。图5分别表示正常、滚子破裂、多处外圈剥落三种情况的Lip指数分布(纵坐标(-1＜α＜1)，横坐标(O～500))，Lip指数如表1所示。





从图5可以看出：由故障轴承与正常轴承相比，其信号奇异点明显增多。由表1可看出在同一时刻附近故障轴承的Lip指数明显较小，在同一时刻附近多处外圈剥落的Lip指数较小，故障较严重，这与实际解体检测情况一致。

4 结语

该系统充分利用单片机的控制功能强、DSP的运算能力强的特点，对较复杂的信号具有较强的处理能力。实验表明，该系统能满足列车滚动轴承故障诊断的实际需要，并减少了复杂的编程过程，有效地提高了工作效率，降低了诊断设备成本。