1、列車常見故障及診斷方法目目 錄錄 第一章 機(jī)械故障診斷的基本原理 第二章 故障診斷的信號(hào)分析與處理技術(shù) 2.1 信號(hào)分析與處理中常用的數(shù)學(xué)變換 2.2 時(shí)域分析方法 2.3 頻域分析方法 第三章 振動(dòng)診斷的理論基礎(chǔ) 3.1 機(jī)械振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 3.2 單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) 第四章 測振傳感器 第五章 典型的故障處理方法（弓網(wǎng)接觸） 第一章 列車故障診斷概述 列車故障診斷的作用內(nèi)容及特點(diǎn) 1、列車故障診斷的作用與意義 2、列車故障診斷的主要研究內(nèi)容 3、機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)臺(tái)監(jiān)測檢修技術(shù) 4、我國鐵路機(jī)車車輛檢修的有關(guān)規(guī)定 5、我國開展列車故障診斷的特點(diǎn) 列車常見故障及診斷方法 一、列車故障診斷的作用與意

2、義1 主要作用：列車故障診斷是識(shí)別列車運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)，其研究內(nèi)容包括：（1）列車運(yùn)行現(xiàn)狀的識(shí)別診斷（2）對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測（3）對(duì)其運(yùn)行趨勢的預(yù)測2 主要意義：鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，列車良好的運(yùn)行是確保鐵路安全行車的關(guān)鍵。鐵路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施，列車良好的運(yùn)行是確保鐵路安全行車的關(guān)鍵。而這些，必須依賴列車故障診斷技術(shù)。列車常見故障及診斷方法二、列車故障診斷的主要研究內(nèi)容對(duì)列車進(jìn)行故障診斷技術(shù)及故障診斷裝置的研究，在我國目前人處于起步階段。其主要研究內(nèi)容根據(jù)列車總體來分，可分為以下三個(gè)方面。I.機(jī)械部分故障診斷II.電氣部分故障診斷III.空氣管路部分故障診斷列車常見故障及診斷方法機(jī)械部分

3、故障診斷的主要內(nèi)容機(jī)械部分的主要設(shè)備包括車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)等。（1）車體的故障檢測）車體的故障檢測列車車體是一個(gè)殼體結(jié)構(gòu)。是一個(gè)復(fù)雜的受力體，應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。車體的故障診斷主要是針對(duì)車體受力，外形是否出現(xiàn)變形或裂紋等方面進(jìn)行。列車常見故障及診斷方法（2）轉(zhuǎn)向架的故障檢測）轉(zhuǎn)向架的故障檢測轉(zhuǎn)向架是列車的走行部分，它對(duì)機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能、牽引性能和安全性能騎著決定性的作用。轉(zhuǎn)向架的主要故障是受力結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂紋，目前我國鐵路機(jī)車車輛主要是在停車狀態(tài)依靠感官檢測和超聲波檢測。列車常見故障及診斷方法（3）輪對(duì)的故障檢測）輪對(duì)的故障檢測輪對(duì)是列車機(jī)械部分中最重要的關(guān)鍵

4、部件之一，是鐵路機(jī)車機(jī)械故障多發(fā)的部位，在鐵路機(jī)車的檢修與維護(hù)中，輪對(duì)的維護(hù)保養(yǎng)尤為重要。列車常見故障及診斷方法 電氣部分故障診斷的主要內(nèi)容電力機(jī)車上進(jìn)行故障診斷的主要電氣部件包括8類：受電弓(弓網(wǎng)關(guān)系）、主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)、輔助電機(jī)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、微機(jī)及電子控制系統(tǒng)、控制電源和輔助電源。電力機(jī)車故障診斷系統(tǒng)的建立是一個(gè)十分巨大復(fù)雜的系統(tǒng)工程。列車常見故障及診斷方法 空氣管路部分故障診斷列車開車與停車都離不開空氣管路系統(tǒng)，對(duì)保障鐵路運(yùn)輸安全、提高哦列車的運(yùn)行速度與可靠性，都起著十分重要的作用?？諝夤苈废到y(tǒng)可分為風(fēng)源系統(tǒng)管路、控制系統(tǒng)管路、輔助系統(tǒng)管路、制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)管路。列車常見故

5、障及診斷方法機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)1.振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)2.噪聲狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)3.溫度狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)4.無損探傷狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)列車常見故障及診斷方法振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)振動(dòng)診斷:指對(duì)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行檢測，測量系統(tǒng)某些選定點(diǎn)上的振幅、頻率、相位、振動(dòng)的時(shí)間歷程和頻譜等參數(shù)，對(duì)于非工作狀態(tài)的機(jī)器則需要激振。振動(dòng)信號(hào)的分析方法：1、時(shí)域分析 2、頻域分析列車常見故障及診斷方法噪聲狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)機(jī)械噪聲分類：1、機(jī)械機(jī)構(gòu)振動(dòng)性噪聲 2、空氣動(dòng)力性噪聲噪聲的特性參數(shù)： 聲壓 聲強(qiáng) 聲功率 等噪聲的測量儀器：1、傳聲器 2、放大器 3、計(jì)權(quán)濾波器在進(jìn)行噪聲測量前，首先應(yīng)明確測量的對(duì)象和目

6、的，編制相應(yīng)的測量計(jì)劃，選擇合適的噪聲測量儀器，以保證達(dá)到預(yù)定的測量要求。列車常見故障及診斷方法溫度狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù) 某些設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常會(huì)在溫度上有明顯的反應(yīng)，根據(jù)溫度值的變化可以了解機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測檢修。溫度的測量方式接觸式測溫非接觸式測溫?zé)犭娕脊ぷ髟頍犭娮鑲鞲衅髟肀∧犭娮枋絺鞲衅骷t外探測器紅外成像列車常見故障及診斷方法無損探傷狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)利用聲光電磁熱以及核輻射效應(yīng)等均可在不破壞被測對(duì)象的結(jié)構(gòu)完整性前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部損傷的探測，稱為無損探傷。無損探傷技術(shù)滲透法探傷磁粉探傷超聲探傷列車常見故障及診斷方法 我國鐵路機(jī)車車輛檢修的有關(guān)規(guī)定機(jī)車車輛失效的規(guī)定我國標(biāo)準(zhǔn)G

7、B 3187對(duì)故障的定義為“產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品通常也稱故障?！惫收贤ǔ７譃橐韵聨最悾海?）機(jī)破 機(jī)車車輛破損，根據(jù)機(jī)車車輛的破損范圍可分為四類，報(bào)廢、大破、中破和小破。（2）臨修 機(jī)車在機(jī)務(wù)段兩次定檢之間發(fā)生的臨時(shí)性修理的故障。（3）碎修 自檢自修的不計(jì)入臨修的故障稱之為碎修故障。列車常見故障及診斷方法目前我國開展列車故障診斷的特點(diǎn)我國機(jī)車車輛制造維修的低水平，特別是可靠性低，對(duì)開展機(jī)車車輛故障診斷的迫切性有所提高（1） 國內(nèi)沒有關(guān)于鐵路機(jī)車車輛機(jī)電設(shè)備成功晚上的故障診斷報(bào)道。（2） 數(shù)學(xué)模型難以建立。（3） 原始資料的積累困難，真實(shí)性不高。（4） 故障診斷的研究起步晚，工作開展

8、困難列車常見故障及診斷方法課后問題列車故障診斷的主要研究內(nèi)容機(jī)械部分故障診斷電氣部分故障診斷空氣管路部分故障診斷機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)噪聲狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)溫度狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)無損探傷狀態(tài)監(jiān)測檢修技術(shù)列車常見故障及診斷方法第二章 故障診斷的信號(hào)分析與處理技術(shù)2.12.1信號(hào)分析與處理中數(shù)學(xué)變換信號(hào)分析與處理中數(shù)學(xué)變換 信號(hào)可分為確定性信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)兩大類：信號(hào)可分為確定性信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)兩大類： 確定性信號(hào)確定性信號(hào)：能用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確描述的信號(hào)，可進(jìn)一步分為周：能用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確描述的信號(hào)，可進(jìn)一步分為周 期和非周期性號(hào)。期和非周期性號(hào)。 隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)：不能用數(shù)學(xué)表達(dá)式

9、精確描述的信號(hào)，可利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)：不能用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確描述的信號(hào)，可利用數(shù)理統(tǒng)計(jì) 和離散數(shù)字處理的方法進(jìn)行分析；和離散數(shù)字處理的方法進(jìn)行分析； 信號(hào)的分類信號(hào)分析與處理的方法很多，其基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)變換。列車常見故障及診斷方法信號(hào)的分類信號(hào)的分類機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中遇到大多數(shù)機(jī)械信號(hào)為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)的組合，總體上有一定的隨機(jī)性，因而往往把所測機(jī)械信號(hào)說成是隨機(jī)信號(hào)。列車常見故障及診斷方法0.10.20.30.40.5-1-0.500.51幅值 米/秒2時(shí)間 秒0.10.20.30.40.5-1-0.500.51幅值 米/秒2時(shí)間 秒一些機(jī)械信號(hào)（空氣壓縮機(jī)信號(hào)：1 正常、2彈簧失效）列車常見故障及

10、診斷方法02565127681024-1.5-1-0.500.511.5序列點(diǎn)數(shù)幅值 a/mV列車常見故障及診斷方法信號(hào)分析與處理技術(shù)概念概念 為診斷故障而測得的為診斷故障而測得的信號(hào)信號(hào)多多是時(shí)是時(shí)間間的的歷程函數(shù)歷程函數(shù)，為了更充分地，為了更充分地利用利用所測信號(hào)，有必要從多個(gè)側(cè)面來對(duì)所測信號(hào)，有必要從多個(gè)側(cè)面來對(duì)它進(jìn)行它進(jìn)行加工處理加工處理，這個(gè)加工處理的，這個(gè)加工處理的過程就是信號(hào)的分析與處理過程就是信號(hào)的分析與處理列車常見故障及診斷方法2.1.1傅里葉變換 傅里葉變換，即從時(shí)域傅里葉變換，即從時(shí)域到頻域的變換或其逆變換，是頻譜到頻域的變換或其逆變換，是頻譜分析的工具。分析的工具。 *

11、 1、傅里葉級(jí)數(shù)、傅里葉級(jí)數(shù)列車常見故障及診斷方法傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開式和復(fù)指數(shù)展開式 )sincos()(0010tnbtnaatxnnndttxTaTT)(12/2/0000tdtntxTaTTn02/2/0cos)(200tdtntxTbTTn02/2/0sin)(200 x tC ennjntn( ),(,.) 0012列車常見故障及診斷方法02,20,)(00tTATtAtx000002.)5sin513sin31(sin4)(TtttAtx例子列車常見故障及診斷方法2、傅里葉變換、傅里葉變換tx fXIFTFT列車常見故障及診斷方法例子：矩形窗函數(shù)的頻譜例子：矩形窗函數(shù)的頻譜

12、| |2( )0 | |2Atw tt2222()()( )()2sinsin()() jftjftjfjfjfWfw t ed tAA ed teejffAAcfXfef 列車常見故障及診斷方法傅里葉變換的基本性質(zhì)傅里葉變換的基本性質(zhì)1、線性性質(zhì)、線性性質(zhì)2、比例伸縮性質(zhì)、比例伸縮性質(zhì)3、位移性質(zhì)、位移性質(zhì)4、對(duì)稱性質(zhì)、對(duì)稱性質(zhì)5、函數(shù)曲線下的面積、函數(shù)曲線下的面積6、乘積與卷積、乘積與卷積7、微分性質(zhì)和積分性質(zhì)、微分性質(zhì)和積分性質(zhì)列車常見故障及診斷方法2.1.2拉普拉斯（LAPLACE)變換 除了滿足狄利赫利條件外,還要在( )區(qū)間上滿足絕對(duì)可積條件的函數(shù)才可以作傅傅立葉變換。 但絕對(duì)可積

13、的條件是比較強(qiáng)的，許多函數(shù)即使是很簡單的函數(shù)(如單位函數(shù)、正弦函數(shù)、線性函數(shù)等)都不滿足這個(gè)條件。 其次可以進(jìn)行傅立葉變換的函數(shù)必須在整個(gè)數(shù)軸上有意義，但在實(shí)際應(yīng)用中，許多以時(shí)間T作自變量的函數(shù)往往在 下無意義或者不需要考慮。像這樣的函數(shù)都不能進(jìn)行傅立葉變換。 由此可見，傅立葉變換的應(yīng)用范圍受到相當(dāng)大的限制。工程上實(shí)測的信號(hào)往往不滿足此項(xiàng)要求。,列車常見故障及診斷方法拉氏變換的應(yīng)用：拉氏變換的應(yīng)用：n 拉氏變換可使求導(dǎo)和求積分的運(yùn)算簡化拉氏變換可使求導(dǎo)和求積分的運(yùn)算簡化為代數(shù)運(yùn)算，可通過拉氏變換把微分方為代數(shù)運(yùn)算，可通過拉氏變換把微分方程化為代數(shù)方程來求解。程化為代數(shù)方程來求解。n 拉氏變換還

14、常用于求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。拉氏變換還常用于求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。列車常見故障及診斷方法2.1.3 Z變換00)()()()(nnnnznxnxZznxzX 利用利用Z Z變換的性質(zhì)，可將差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，變換的性質(zhì)，可將差分方程轉(zhuǎn)換為代數(shù)方程，從而使求解過程大為簡化。從而使求解過程大為簡化。( (數(shù)字信號(hào)）數(shù)字信號(hào)）2.1.4 希爾伯特變換ttxdtxtx1*)()()()( 揭示了可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)實(shí)部與虛部之間的相互信揭示了可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)實(shí)部與虛部之間的相互信賴關(guān)系，主要用于信號(hào)包絡(luò)的提取，奇異點(diǎn)信號(hào)賴關(guān)系，主要用于信號(hào)包絡(luò)的提取，奇異點(diǎn)信號(hào)的獲取。的獲取。列車常見故障及診斷方法問題：傅里葉變

15、換的基本性質(zhì)問題：傅里葉變換的基本性質(zhì)答案：1、線性性質(zhì)、線性性質(zhì)2、比例伸縮性質(zhì)、比例伸縮性質(zhì)3、位移性質(zhì)、位移性質(zhì)4、對(duì)稱性質(zhì)、對(duì)稱性質(zhì)5、函數(shù)曲線下的面積、函數(shù)曲線下的面積6、乘積與卷積、乘積與卷積7、微分性質(zhì)和積分性質(zhì)、微分性質(zhì)和積分性質(zhì)列車常見故障及診斷方法1、概率密度函數(shù)P（X）定義：信號(hào)幅值為X的概率數(shù)學(xué)表達(dá)式：2.2.1統(tǒng)計(jì)特征參量分析列車常見故障及診斷方法2.2時(shí)域分析方法圖示新舊兩個(gè)齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)的概率密度函數(shù)，直觀地說明新舊兩個(gè)齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)之間有明顯的差異列車常見故障及診斷方法2、概率分布函數(shù)F（X）定義：幅值信號(hào)小于等于某一值X的概率數(shù)學(xué)表達(dá)式：列車常見故障及診斷

16、方法列車常見故障及診斷方法3、無量綱指標(biāo)列車常見故障及診斷方法無量綱指標(biāo)的敏性和穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)由信號(hào)的幅值參數(shù)比值得到的無量綱指標(biāo)在實(shí)際使用時(shí)，敏感性和穩(wěn)定性常常不能兼顧。 列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法1 1、自相關(guān)函數(shù)：、自相關(guān)函數(shù)：定義：描述隨機(jī)信號(hào)一個(gè)時(shí)刻與另一個(gè)時(shí)刻定義：描述隨機(jī)信號(hào)一個(gè)時(shí)刻與另一個(gè)時(shí)刻 的依賴關(guān)系，即研究的依賴關(guān)系，即研究T T時(shí)刻與時(shí)刻與T T時(shí)時(shí) 刻兩個(gè)隨機(jī)變量的相關(guān)性，記作刻兩個(gè)隨機(jī)變量的相關(guān)性，記作RX()RX() )()(1lim0dttxtxTRTTx自相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用：判斷信號(hào)是否含有周期性成分2.2.2相關(guān)分析列車常見故障及診斷方法2、互相

17、關(guān)函數(shù)定義：描述隨機(jī)信號(hào)x(t)、y(t)之間的相 關(guān)性的函數(shù)，用 Rxy(）表示： 1lim0dttytxTRTTxy列車常見故障及診斷方法3、自相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用舉例 R( )0( a ) 正常狀態(tài)變速箱噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù) R( )0( b ) 異常狀態(tài)變速箱噪聲信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)C630型機(jī)床主軸箱噪聲的自相關(guān)函數(shù)( a )圖是正常狀態(tài)下噪聲的自相關(guān)函數(shù)，隨著的增大R( )迅速趨近于橫坐標(biāo)，說明變速箱的噪聲是隨機(jī)噪聲；相反，在( b )圖中，變速箱噪聲的自相關(guān)函數(shù)R( )中含有周期分量，當(dāng)增大時(shí)R( )并不向橫坐標(biāo)趨近，這標(biāo)志著變速箱工作狀態(tài)處于異常。將變速箱中各根軸的轉(zhuǎn)速與R( )的波動(dòng)頻

18、率進(jìn)行比較，就可以確定出這一缺陷的位置。列車常見故障及診斷方法自相關(guān)分析測量轉(zhuǎn)速理想信號(hào)干擾信號(hào)實(shí)測信號(hào)自相關(guān)系數(shù)提取周期性轉(zhuǎn)速成分。自相關(guān)分析的主要應(yīng)用：用來檢測混肴在干擾信號(hào)中的確定性周期信號(hào)成分。4、互相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用舉例 它是在噪聲背景下提取有用信息的一個(gè)十分有效的手段。它是在噪聲背景下提取有用信息的一個(gè)十分有效的手段。 例如我們對(duì)一個(gè)線性系統(tǒng)激振，測得的振動(dòng)信號(hào)中常常含有大量的噪例如我們對(duì)一個(gè)線性系統(tǒng)激振，測得的振動(dòng)信號(hào)中常常含有大量的噪聲干擾。根據(jù)線性系統(tǒng)的頻率保持性，只有和激振頻率相同的分量才聲干擾。根據(jù)線性系統(tǒng)的頻率保持性，只有和激振頻率相同的分量才有可能是有可能是由激振引起的響

19、應(yīng)由激振引起的響應(yīng)，其它分量均視為干擾噪聲。，其它分量均視為干擾噪聲。列車常見故障及診斷方法 在不同頻率的激勵(lì)作用下，根據(jù)輸入信號(hào)和輸出響應(yīng)之間的互相在不同頻率的激勵(lì)作用下，根據(jù)輸入信號(hào)和輸出響應(yīng)之間的互相關(guān)函數(shù)可以求出各頻率下從激勵(lì)點(diǎn)到測量點(diǎn)之間的幅值、相位傳關(guān)函數(shù)可以求出各頻率下從激勵(lì)點(diǎn)到測量點(diǎn)之間的幅值、相位傳輸特性，從而得到相應(yīng)的輸特性，從而得到相應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)。 用來測量一種隨機(jī)干擾的用來測量一種隨機(jī)干擾的平均傳遞速度平均傳遞速度： 考慮沿某一方向傳播的考慮沿某一方向傳播的某種干擾，當(dāng)我們在此方向上相距某種干擾，當(dāng)我們在此方向上相距L的兩個(gè)測點(diǎn)測量此干擾時(shí)，得的兩個(gè)測點(diǎn)

20、測量此干擾時(shí)，得到兩個(gè)信號(hào)，用這兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)即可以識(shí)別出干擾傳播到兩個(gè)信號(hào)，用這兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)即可以識(shí)別出干擾傳播的方向和平均傳播的時(shí)間。的方向和平均傳播的時(shí)間。列車常見故障及診斷方法求平均傳輸速度求平均傳輸速度 激勵(lì)噪聲激勵(lì)噪聲H( T )經(jīng)過傳感器經(jīng)過傳感器X和傳感器和傳感器Y的時(shí)差的時(shí)差 ，用測得的用測得的X( T )和和Y( T )兩路信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)分析可兩路信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)分析可得得 ，如果，如果L已知，則激勵(lì)噪聲在通道中的傳輸已知，則激勵(lì)噪聲在通道中的傳輸速度速度 ，而，而V V的符號(hào)反映了激勵(lì)信號(hào)在通道中的符號(hào)反映了激勵(lì)信號(hào)在通道中的傳輸方向。的傳輸方向。 mV =

21、Lm互相關(guān)分析K( )xym0L傳感器 X傳感器 y激勵(lì)噪聲y( t )x( t )Vth(t)列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法問題：自相關(guān)函數(shù)的主要應(yīng)用是什么？答案：提取信號(hào)中的周期性成分2.3.1頻域分析方法的優(yōu)點(diǎn)頻域分析方法的優(yōu)點(diǎn)時(shí)域分析時(shí)域分析： 只能粗略地回答機(jī)械設(shè)備是否有故障頻域分析：頻域分析： 能回答故障發(fā)生部位信息目前頻域分析是機(jī)械故障診斷中用得最廣泛的信號(hào)處理方法之一列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法2.3 頻域分析方法列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法2.3.2頻域分析方法的定義時(shí)間（橫坐標(biāo)） 頻率(橫坐標(biāo)) 時(shí)域 頻域

22、即把以時(shí)間為橫坐標(biāo)的時(shí)域信號(hào)通過傅里葉變換分解為以頻率為橫坐標(biāo)的頻域信號(hào)，從而求得關(guān)于原時(shí)域信號(hào)頻率成分的幅值和相位信息的一種分析方法 傅里葉變換列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法2.3.3常見的頻域分析方法1、幅度譜分析 直接對(duì)采樣所得的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，求得關(guān)于該時(shí)域信號(hào)的頻率構(gòu)成信息數(shù)學(xué)運(yùn)算式：X（T） ： 時(shí)域信號(hào)（振動(dòng)加速度、速度或位移等一切以T為自變 量的函數(shù)） X（F）： 信號(hào)的幅度譜 dttxfXft2 j -）（2、功率譜分析 在頻域中對(duì)信號(hào)能量或功率分布情況的描述，包括自功率譜和互功率譜 。自功率譜與幅度譜提供的信息量相同，相同條件下，自功率譜比幅度譜更為清

23、晰 自功率譜計(jì)算方法：A、幅度譜計(jì)算 B、相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換 A、幅度譜計(jì)算自功率譜密度函數(shù)：帕斯維爾定理推知，信號(hào)的幅度譜與自功率譜之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下其離散化采樣的計(jì)算公式 （N為采樣長度） TfXfS2）（ 2N|X|1fNfSNB、用相關(guān)函數(shù)計(jì)算功率譜：設(shè)有時(shí)間歷程信號(hào)X（T）和Y（T），它們的自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)分別為 ， ， ，由維納辛欽定理可得 xR yR xyR dRfSf2-xx dRfSf2-yy dRfSf2-xyxy列車常見故障及診斷方法 2.3.4 應(yīng)用 下面來舉幾個(gè)例子說明頻域分析法在實(shí)際故障診斷中的應(yīng)用 例1 利用頻譜診斷法檢驗(yàn)軸承質(zhì)量。 圖 3 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)

24、頻譜列車常見故障及診斷方法 如上圖3所示，是滾動(dòng)軸承在加載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)信號(hào)的功率譜。試驗(yàn)是在專用的軸承試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，用來代替常規(guī)的人工驗(yàn)收精密滾動(dòng)軸承?？梢钥吹剑囼?yàn)臺(tái)接收和處理的頻道信號(hào)頻帶相當(dāng)寬，從低頻一直到80KHZ的高頻，這樣，滾動(dòng)軸承在正常運(yùn)行下各個(gè)滾動(dòng)元件、套圈、保持器所激發(fā)的高頻共振信號(hào)可以全部接收和處理。從0到5.1KHZ之間有三個(gè)清晰地譜峰。在12KHZ、24-30KHZ處，以及68-72KHZ處均有附加的譜峰。由此可見，在功率譜圖上，信息時(shí)十分豐富的，需要選擇可靠和靈敏的頻帶作為診斷頻帶，并且和滾動(dòng)軸承在運(yùn)動(dòng)中的缺陷聯(lián)系起來。 采用這種方法驗(yàn)收精密滾動(dòng)軸承，試驗(yàn)的結(jié)果與熟

25、練技師人工驗(yàn)收的效果不相上下，有些軸承缺陷，人工驗(yàn)收不能發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)收臺(tái)卻可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出警告。由于嚴(yán)格了驗(yàn)收規(guī)范，就減少了大修中更換軸承的次數(shù)，以及運(yùn)行中發(fā)生事故的可能性。列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法例 2 利用功率譜診斷法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸活塞間隙進(jìn)行診斷。圖 4 拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的活塞套間隙下的噪聲的測定 圖 4所示是拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲功率譜，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1300R/MIN,處于滿載運(yùn)行的情況。圖中曲線相當(dāng)于活塞與缸套間隙為H=0.5，0.3，0.2MM的情況。在0.71-0.79KHZ頻帶內(nèi)，雖然總的趨勢與其他譜峰相同，但間隙變化的影響很小；在9KHZ的譜峰處，其功率與活塞、

26、套缸間的間隙無關(guān)；而在1.6與3.2KHZ的譜峰出，功率受間隙的影響最大。因此，對(duì)這兩個(gè)頻率處的功率值進(jìn)行檢測，即可診斷出活塞間隙的大小。列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法問題：什么是頻域分析方法答案：把以時(shí)間為橫坐標(biāo)的時(shí)域信號(hào)通過傅里葉變換分解為以頻率為橫坐標(biāo)的頻域信號(hào)，從而求得關(guān)于原時(shí)域信號(hào)頻率成分的幅值和相位信息的一種分析方法系統(tǒng)第三章 振動(dòng)診斷的理論基礎(chǔ) 3.1.1機(jī)械振動(dòng)及其分類 機(jī)械振動(dòng)是一種特殊的運(yùn)動(dòng)形式。由于受外界條件的影響，機(jī)械系統(tǒng)將會(huì)圍繞其平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此即機(jī)械振動(dòng)。 在研究振動(dòng)問題時(shí)，一般吧外界對(duì)系統(tǒng)的作用叫做激勵(lì)或輸入，把系統(tǒng)在激勵(lì)作用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)叫做響應(yīng)

27、或輸出。輸入輸出激勵(lì)響應(yīng)3.1機(jī)械振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)械振動(dòng)的分類 機(jī)械振動(dòng)有不同的分類方法。 按系統(tǒng)的輸入不同可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)； 按系統(tǒng)的輸出特性可分為簡諧振動(dòng)、非諧周期振動(dòng)、瞬態(tài)振動(dòng)、準(zhǔn)周期振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng); 按振動(dòng)位移的特征可分為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和直線振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)的分類 按系統(tǒng)的自由度數(shù)目可分為單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)、多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)和彈性體振動(dòng)； 按描述系統(tǒng)的微分方程可分為線性振動(dòng)和非線性振動(dòng)3.2.2機(jī)械振動(dòng)按其輸出的分類描述 簡諧周期振動(dòng) 振動(dòng)量的時(shí)間歷程為單一正弦或余弦函數(shù)的振動(dòng) 簡諧振動(dòng)時(shí)間可用正弦（或余弦）函數(shù)表示 X(T)=ASIN(2 F0T+) 式中 X(T) 振動(dòng)量

28、（位移，速度，加速度） A振動(dòng)量的幅值； F0振動(dòng)的頻率； 初相位； T振動(dòng)的周期； 非簡諧周期振動(dòng) 振動(dòng)量為時(shí)間的周期函數(shù)，而又不是簡諧振動(dòng)的振動(dòng)，即簡諧振動(dòng)之外的振動(dòng)。 簡諧振動(dòng)可用以下函數(shù)表示 X(T)= X(TNT),N=1,2,3, 列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法 隨機(jī)振動(dòng) 是一種非確定性振動(dòng)，不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式加以描述，只能根據(jù)隨機(jī)過程的理論用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)其進(jìn)行分析處理。列車常見故障及診斷方法列車常見故障及診斷方法 瞬態(tài)振動(dòng) 振動(dòng)量為時(shí)間的非周期函數(shù)，且通常只在一定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的振動(dòng)； 瞬態(tài)振動(dòng)區(qū)別于周期和準(zhǔn)周期振動(dòng)的一個(gè)重要特征在于：其頻譜不再是離散線譜，而

29、為連續(xù)譜。 3.2 單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng) 所謂自由振動(dòng)，就是指系統(tǒng)在初始干擾的作用后，僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)形式。其中，系統(tǒng)中不存在阻尼的叫做無阻尼自由振動(dòng)，而有阻尼的叫做有阻尼的自由振動(dòng)。下面分別討論： 3.2.1直線振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的無阻尼自由振動(dòng)的力學(xué)模型如圖所示，用彈簧質(zhì)量來描述。其中,L0為彈簧的原長,ST為彈簧在重物作用下的靜伸長量，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，平衡位置處X的取值為0，即獨(dú)立坐標(biāo)的坐標(biāo)原點(diǎn)。由靜平衡條件可得 KST=MG 當(dāng)系統(tǒng)受到外界的某種初始干擾時(shí)，系統(tǒng)的靜平衡條件受到破壞，彈性力不在與重力平衡而產(chǎn)生彈性恢復(fù)力，在這個(gè)彈性力的恢復(fù)力的作用下，系統(tǒng)將圍繞其靜平衡位

30、置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，亦即自由振動(dòng) ，取X軸向下為正，由牛頓第二定律可得 M=-K(ST+X)+MG=-KX M+ KX=0上式即為單自由度無阻尼自由直線振動(dòng)微分方程 當(dāng)忽略運(yùn)動(dòng)的阻尼，振動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，實(shí)際上，阻力的存在是不可避免的，因此，系統(tǒng)的振幅將逐漸衰減直到最后停止振動(dòng)，這就是有阻尼的自由振動(dòng)。 在線性化的假設(shè)條件下，可認(rèn)為阻尼力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度成正比，即為線性阻尼。 如圖所示：與無阻尼振動(dòng)一樣，取質(zhì)量塊M的上下運(yùn)動(dòng)軌跡為廣義坐標(biāo)方向，并取向下為正，廣義坐標(biāo)原點(diǎn)取在靜平衡位置，由牛頓第二定律可得 M=MG-C-K（X+ ST）=0將MG=K ST代入，并整理可得 M+C+KX=0此即

31、為單自由度系統(tǒng)有阻尼自由振動(dòng)的微分方程 令：mc2nmKN2 =可將上式化為下列標(biāo)準(zhǔn)型式M+C+KX=0由微分方程解的理論，設(shè)其解為 X=EST代入得特征方程為 S2+2NS+N2=0 其特征根為：問題 什么叫做自由振動(dòng)？ 所謂自由振動(dòng)，就是指系統(tǒng)在初始干擾的作用后，僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)形式。其中，系統(tǒng)中不存在阻尼的叫做無阻尼自由振動(dòng)，而有阻尼的叫做有阻尼的自由振動(dòng)。第四章 傳感器1、定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。2、特點(diǎn)：微型化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化列車常見故障及診斷方法傳感器3、主要作用 從外界獲取信息。 在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及

32、生產(chǎn)活動(dòng)中單靠自身的感覺器官，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。 幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。 因此可以說，傳感器是人類五官的延長，可稱之為電五官。列車常見故障及診斷方法傳感器4、主要組成：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，如圖所示列車常見故障及診斷方法傳感器 敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)； 轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào); 變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制； 轉(zhuǎn)換元件和變換電路還需要輔助電源供電。列車常見故障及診斷方法傳感器5、主要功能 常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比

33、擬： 視光敏傳感器 聽聲敏傳感器 嗅氣敏傳感器 味化學(xué)傳感器 觸壓敏、溫敏、流體傳感器列車常見故障及診斷方法傳感器6、主要分類 按用途 壓力敏傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。 按原理 振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器等。 按輸出信號(hào)列車常見故障及診斷方法傳感器 模擬傳感器：將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 數(shù)字傳感器：將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)。 開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。還可以按制造工藝、傳感器構(gòu)成、作用形式等分類。列車常見故障及診斷方法傳感器7、主要特性 傳感器靜態(tài) 是指對(duì)靜

34、態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述(2.1) 2210nnxaxaxaay A0無輸入時(shí)的輸出，即零位輸出；A1傳感器的線性靈敏度； A2,A3 , , AN非線性項(xiàng)的待定常數(shù)。列車常見故障及診斷方法傳感器 傳感器動(dòng)態(tài) 是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。傳感器系統(tǒng)的方程為(線性時(shí)不變系統(tǒng))：)13. 2(dddddddddddd0111101111xbtxbtxbtxbyatyatyatya

35、mmmmmmnnnnnn 式中，AN,AN-1,A0和BM,BM-1,B0均為與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的常數(shù)列車常見故障及診斷方法傳感器8、傳感器在軌道車輛上的應(yīng)用（1）列車測速 輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器 基本工作原理：利用車輪的周長作為“尺子”測量列車走行距離，根據(jù)所測距離測算列車運(yùn)行速度，其基本公式為：V=DN/3.6 式中，=3.14，D為車輪直徑，N為車輪轉(zhuǎn)速。 從上式可知，測量列車速度就是檢測列車車輪轉(zhuǎn)速和列車輪徑列車常見故障及診斷方法傳感器（2）列車定位 在高速列車運(yùn)行過程中，能否準(zhǔn)確及時(shí)地獲得列車位置信息是列車安全有效運(yùn)行的保障。 相對(duì)傳感器 根據(jù)預(yù)先確定的或先前測量的距離、位置等信息所安裝

36、的一種設(shè)備。在工作時(shí)必須首先確定其相對(duì)于大地的絕對(duì)位置和取向。 地面?zhèn)鞲衅?俗稱信標(biāo)。當(dāng)機(jī)車通過時(shí)，使列車對(duì)距離信息進(jìn)行更新，得到新的初始位置，從而克服了相對(duì)傳感器的誤差缺陷。列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器9、工作原理 基于壓電晶體的壓電效應(yīng)。 某些晶體在一定方向上受力變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷； 列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器 當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”，具有“壓電效應(yīng)”的晶體稱為壓電晶體。 常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等。列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器 S是彈簧，M是質(zhì)量塊 B是基

37、座，P是壓電元件 R是夾持環(huán) 圖A是中央安裝壓縮型，壓電元件質(zhì)量塊彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器 圖B為環(huán)形剪切型，結(jié)構(gòu)簡單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計(jì)，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會(huì)隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。 圖C為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計(jì)感受軸向振動(dòng)時(shí)，壓電元件承 受切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)對(duì)底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器10、固定方法 采用鋼螺栓固定，使共振頻率達(dá)到出廠共振頻率

38、。 螺栓不得全部擰入基座螺孔，以免引起基座 變形，影響加速度計(jì)的輸出。 需要絕緣時(shí)可用絕緣螺栓和云母墊片來 固定加速度計(jì),但墊圈應(yīng)盡量簿。 用一層簿蠟把加速度計(jì)粘在試件平整表面上，也可用于低溫（40以下）的場合列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器 手持探針測振方法,在多點(diǎn)測試時(shí)使用特別方便，但測量誤差較大，重復(fù)性差，使用上限頻率一般不高于 1000HZ。 用專用永久磁鐵固定加速度計(jì)，使用方便，多在低頻測量中使用。此法也可使加速度計(jì)與試件絕緣。 用硬性粘接螺栓或粘接劑的固定方法也長使用。列車常見故障及診斷方法壓電式加速度傳感器11、簡述壓電式加速度傳感器的工作原理。列車常見故障及診斷方法第五

39、章 典型的故障處理方法5.1主斷無法閉合 5.1.1什么是主斷？ 通俗來講，主斷就是動(dòng)車組受電弓與電網(wǎng)的閉合連接，是動(dòng)車組動(dòng)力來源的第一個(gè)環(huán)節(jié)。列車常見故障及診斷方法5.1.2受電弓的構(gòu)造及工作原理1. 受電弓的功能：電力牽引機(jī)車從接觸網(wǎng)取得電能的電氣設(shè)備，安裝在電力機(jī)車車頂上。 2. 構(gòu)造：受電弓分為單臂和雙臂受電弓兩種，均由滑板、上框架、下臂桿、底架、升弓彈簧、傳動(dòng)氣缸、支持絕緣子等部件組成。近年來多采用單臂受電弓。列車常見故障及診斷方法5.1.3受電弓故障 受電弓無法升起或者自動(dòng)降弓其故障原因是軟件保護(hù)或者是碳滑板有裂紋導(dǎo)致空氣泄漏風(fēng)管漏風(fēng)。 列車常見故障及診斷方法1.受電弓升不起來 （1）檢查電源柜內(nèi)自動(dòng)開關(guān)602QA閉合是否良好。 （2）閉合電鑰匙570QS，確認(rèn)287YV吸合，門聯(lián)鎖桿伸出，應(yīng)急時(shí)可將287YV頂死。 （3）閉合受電弓按鍵，確認(rèn)1YV吸合，（升弓壓力表有無壓力），如1YV不吸合，可事先頂死1YV，用電鑰