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1．概述

    中國(guó)鐵路已實(shí)施了多次大提速，時(shí)速已從過去的80～90km提高到200km以上，這對(duì)機(jī)車車輛走行部的安全性、可靠性提出了更嚴(yán)格的要求。輪對(duì)是車輛行走的重要部件，輪對(duì)軸承裝配質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到行車安全。為了解決輪對(duì)組裝后的試驗(yàn)問題，提高我國(guó)提速機(jī)客車走行部的測(cè)控手段，我們開發(fā)研制了機(jī)客車輪對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，從而對(duì)輪對(duì)的修造質(zhì)量和安裝質(zhì)量進(jìn)行有效的綜合評(píng)判。

2．系統(tǒng)介紹

    試驗(yàn)臺(tái)采用封閉的龍門框架結(jié)構(gòu)，可分低速輕載和高速重載兩種工況模擬車體重量對(duì)輪對(duì)進(jìn)行加載跑合。傳動(dòng)方式為摩擦輪傳動(dòng)，利用橡膠輪帶動(dòng)被測(cè)輪對(duì)的輪緣進(jìn)行低速輕載跑合、利用鋼輪帶動(dòng)被測(cè)輪對(duì)的踏面進(jìn)行高速重載跑合。為使試驗(yàn)臺(tái)適用于多種不同的輪對(duì)軸箱的加載跑合試驗(yàn)，特別是適用于長(zhǎng)軸輪對(duì)軸箱的試驗(yàn)，我們采用液壓比例控制系統(tǒng)，在保證兩個(gè)加載油缸工作同步的前提下，有不同的油壓輸出，即輸出不同的加載力，以滿足偏載情況下的模擬工況。

    試驗(yàn)過程大致如下:輪對(duì)被人工滾到指定位置后，固定傳感器, 啟動(dòng)液壓站,將輪對(duì)升起并使軸箱落在滑臺(tái)的工裝上，再鎖緊滑臺(tái)和軸箱，然后同步將輪對(duì)及滑臺(tái)升起，使輪緣與膠輪接觸頂緊進(jìn)行低速輕載跑合試驗(yàn)，或使輪對(duì)踏面與鋼輪接觸頂緊進(jìn)行高速重載跑合試驗(yàn)。試驗(yàn)達(dá)規(guī)定時(shí)間，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄各相關(guān)數(shù)據(jù)，最后打印出試驗(yàn)記錄表。試驗(yàn)結(jié)束，各液壓元件依次反向退回原位，輪對(duì)重新落到軌面上，人工推出輪對(duì)。

    輪對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)臺(tái)本體、液壓系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)三大部分組成。測(cè)控系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的大腦核心，它通過控制試驗(yàn)臺(tái)本體的動(dòng)作完成試驗(yàn)輪對(duì)的定位、壓緊、旋轉(zhuǎn)、徑向加載等過程，通過對(duì)液壓系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)加載力的調(diào)節(jié)。同時(shí)，通過傳感器對(duì)振動(dòng)、溫度等參數(shù)進(jìn)行采集、計(jì)算、分析，處理后得出有效數(shù)據(jù)，判定輪對(duì)質(zhì)量是否合格。

    測(cè)控系統(tǒng)框圖如圖一。

    計(jì)算機(jī)采用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過數(shù)字量輸入/輸出板、模擬量輸入板、模擬量輸出板等板卡作為輸入/輸出接口，采集傳感器信號(hào)并控制試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)作、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及加載力等參數(shù)。

    軟件編制采用“組態(tài)王”軟件系統(tǒng)。它以Wondows中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，能快速便捷地進(jìn)行圖形維護(hù)和數(shù)據(jù)采集，提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具。

    目前，用于輪對(duì)軸承故障的檢測(cè)方法主要有振動(dòng)傳感技術(shù)和熱傳感技術(shù)。

    振動(dòng)檢測(cè)法主要是測(cè)試某些振動(dòng)參數(shù)的大小，通過與標(biāo)準(zhǔn)值（門限值）的比較來判斷軸承的狀態(tài)，診斷軸承本身故障以及軸承組裝故障（如軸不對(duì)中碰磨等）。主要檢測(cè)參數(shù)有時(shí)域波峭度系數(shù)和加速度有效值。峭度系數(shù)表示故障形成的大幅值脈沖出現(xiàn)的概率，是振動(dòng)幅值概率密度函數(shù)陡峭程度的量度。軸承工作時(shí)，工作面缺陷處產(chǎn)生沖擊脈沖，故障越大，沖擊響應(yīng)幅值越大，故障現(xiàn)象越明顯。 一般運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無明顯周期性干擾的軸承，其振動(dòng)信號(hào)概率密度接近正態(tài)分布，而正態(tài)分布的峭度系數(shù)為3。當(dāng)軸承出現(xiàn)故障引起機(jī)械沖擊時(shí)，峭度系數(shù)增加較快，其振動(dòng)信號(hào)概率密度偏離正態(tài)分布。加速度有效值反映的是軸承系統(tǒng)在分析頻帶范圍內(nèi)的振動(dòng)大小，也就是故障程度的大小。它是軸承元件在測(cè)試過程中所有合成振動(dòng)的能量平均。

    軸承故障大部分可由機(jī)械故障的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮鼙憩F(xiàn)出來。經(jīng)驗(yàn)證明，由輪對(duì)軸箱溫度的變化了解輪對(duì)軸承技術(shù)狀況是一種重要的故障判別方法。

    我們主要通過振動(dòng)檢測(cè)和分析來判斷軸箱狀況（2只振動(dòng)傳感器磁座分別吸合在軸箱上），同時(shí)采用非接觸式的紅外線測(cè)溫儀監(jiān)視溫度和溫升情況（紅外線測(cè)溫探頭旋入軸箱的螺孔，左右各一只），從而對(duì)輪對(duì)的修造質(zhì)量和安裝質(zhì)量進(jìn)行有效的綜合評(píng)判。

    輪對(duì)加載力的調(diào)節(jié)通過控制液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。液壓系統(tǒng)采用比例控制，由加載油缸、力傳感器、比例壓力溢流閥及比例放大器、力給定單元等組成。

    輪對(duì)跑合速度可調(diào)，控制方式根據(jù)情況可采用滑差電機(jī)控制器，也可用變頻調(diào)速方式。
加載時(shí)間、加載力、跑合速度等參數(shù)可在軟件的“參數(shù)設(shè)定”畫面中給定。如圖二。
 

圖二 “參數(shù)設(shè)定”畫面

    參數(shù)設(shè)定結(jié)束后，按“確定”鈕，則程序開始運(yùn)行，顯示試驗(yàn)畫面即可開始試驗(yàn)。

    系統(tǒng)具有安全保護(hù)功能和故障診斷功能（自檢）。自檢時(shí)如發(fā)現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)件不在合適位置時(shí)，程序連鎖無法進(jìn)行試驗(yàn)，并提示故障情況。

    試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)主畫面可顯示各運(yùn)動(dòng)件位置、峭度系數(shù)和加速度有效值的設(shè)定門檻值及實(shí)際測(cè)量值、以及轉(zhuǎn)速、加載力、軸溫的測(cè)量值。同時(shí)，可通過畫面上的按鈕查看曲線或報(bào)表等。如圖三。
 

圖三 試驗(yàn)主畫面