一种轨旁声学动态检测实验平台及控制系统

技术领域

本发明涉及铁路车辆运行检测技术领域，具体涉及一种轨旁声学动态检测实验平台及控制系统。

背景技术

近年来，我国对铁路车辆滚动轴承的检测手段主要采用车上轴温检测系统和线下人工检测系统，车上轴温检测系统实时检测轴承的温度，当温度过高时发出报警信息，轴承故障早期温度不高无法报警，而且也无法实时监测轴承故障状态的变化；线下人工检测系统只有在车辆进车间检修时才能对轴承故障状态进行检测，在检修周期间隔之间无法及时对轴承故障进行检测。上述方法均不能即时有效发现滚动轴承早期故障，无法实现早期预警，给铁路列车的安全运行带来隐患。

利用声发射技术检测滚动轴承故障，防止脱轨事故，确保运行安全，是铁路车辆安全检测的重要技术手段。它能够对运行中的列车车辆轴承裂纹、破损故障进行诊断，防止车辆脱轨和燃轴，是行车安全的重要设备。

目前我国轨旁声学检测系统主要通过引进国外先进技术，而且现有的轨旁声学检测系统难以在现场进行连续分析与调试，现有的轴承故障模拟实验台虽然可以通过传感器阵列对实验信号进行采集，但整体实验台处于静态状态，无法更好的模拟行进列车轴承故障信号的检测。

发明内容

为了解决现有的轨旁声学检测实验台整体处于静态，不能模拟行进列车轴承故障信号的检测，本发明提供了一种轨旁声学动态检测实验平台及控制系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种轨旁声学动态检测实验平台，包括轴承加载实验台和轨道机构，所述轨道机构包括伺服电机1、同步带轮2、同步皮带3、轨道4、滑块5和接近开关7，所述伺服电机1输出端连接同步带轮2，所述同步带轮2有两个且分别设在所述轨道4的两端，所述同步皮带3套在所述同步带轮2上且位于所述轨道4中部，所述滑块5固定在所述同步皮带3上，所述轴承加载实验台底部与滑块5固定连接，所述接近开关7设在轨道4两侧，所述滑块5上设有与所述接近开关7配合的遮光金属片6，所述轨道4一侧还设有传声器。

优选的，所述轴承加载实验台包括驱动电机8、主轴10、测试轴承11、第一底座18和螺旋加载装置，所述驱动电机8与第一底座18固定连接，所述第一底座18与所述滑块5固定连接，所述驱动电机8的输出端连接所述主轴10一端，所述主轴10的另一端连接所述测试轴承11，所述螺旋加载装置用于装卸所述测试轴承11。

优选的，所述轴承加载实验台还包括联轴器9、第一支撑轴承12、第一支撑轴承端盖13、第一支撑轴承底座14、第二支撑轴承15、第二支撑轴承端盖16和第二支撑轴承底座17，所述驱动电机8的输出端通过联轴器9与所述主轴10连接，所述第一支撑轴承12和第二支撑轴承15分别设在所述主轴10上，用于固定所述主轴10，所述第一支撑轴承12和第二支撑轴承15分别通过所述第一支撑轴承端盖13和第二支撑轴承端盖16与所述第一支撑轴承底座14和第二支撑轴承底座17螺栓连接，所述第一支撑轴承底座14和第二支撑轴承底座17与所述第一底座18固定连接。

优选的，所述螺旋加载装置包括加载把手21、螺杆22和加载拖23，所述加载把手21与所述螺杆22螺纹连接，所述加载拖23设在螺杆22顶部并与所述测试轴承11底部连接，所述加载拖23的形状为圆弧。

优选的，还包括第二底座19，所述第二底座19为三角结构，所述驱动电机8通过第二底座19与所述第一底座18固定连接。

优选的，所述接近开关7为NPN型接近开关。

一种轨旁声学动态检测实验控制系统，包括PC端、控制系统和采集系统，所述采集系统将传声器采集到的信号通过采集卡传输到PC端，PC端通过逻辑运算将运动指令发送给控制系统，所述采集卡与所述PC端通过USB接口连接，所述控制系统与所述PC端通过RS232串口通讯总线连接。

优选的，控制系统包括电机运动控制器、滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器，所述PC端与电机运动控制器连接，所述电机运动控制器分别与接近开关7、滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器连接，所述滑块驱动电机驱动器连接所述伺服电机1，所述测试轴承驱动电机驱动器连接所述驱动电机8。

本发明的一种轨旁声学动态检测实验平台及控制系统，通过在轨道中设置同步皮带和滑块，连接轴承加载实验台，在实验台附近设有传声器，既可以满足静态声学信号的采集，也可满足动态声学信号的采集，同时将采集到的信号传出给控制系统，控制系统可实时获取信息，设有接近开关，控制系统可控制检测实验平台的定点启动与停止。

附图说明

图1是本发明轨旁声学动态检测实验平台结构图。

图2是本发明轨道系统外观的俯视图。

图3是本发明螺旋加载系统结构图。

图4是本发明轨旁声学动态检测实验平台控制系统示意图。

图中：1、伺服电机；2、同步带轮；3、同步皮带；4、轨道；5、滑块；6、遮光金属片；7、接近开关；8、驱动电机；9、联轴器；10、主轴；11、测试轴承；12、第一支撑轴承；13、第一支撑轴承端盖；14、第一支撑轴承底座；15、第二支撑轴承；16、第二支撑轴承端盖；17、第二支撑轴承底座；18、第一底座；19、第二底座；20、螺母；21、加载把手；22、螺杆；23、加载拖。

具体实施方式

本发明的一种轨旁声学动态检测实验平台，由图1至图3所示，包括轴承加载实验台和轨道机构，轨道机构包括伺服电机1、同步带轮2、同步皮带3、轨道4、滑块5和接近开关7，伺服电机1输出端连接同步带轮2，同步带轮2有两个且分别设在轨道4的两端，同步皮带3套在同步带轮2上且位于轨道4中部，滑块5固定在同步皮带3上，轴承加载实验台底部与滑块5固定连接，接近开关7设在轨道4的首尾两侧，滑块5的前后两侧上设有与接近开关7配合的遮光金属片6，遮光金属片6与滑块5螺栓连接且遮光金属片6的规格小于滑块5的规格，当接近开关7检测到滑块5上的遮光金属片6时，触发接近开关7，滑块5在伺服电机1的驱动下带动轴承加载实验台在轨道4上作直线运动，由于伺服电机1为交流伺服电机，具备高精度高响应速度以及转向具有双向性的特点，配合轨道4首尾两侧的接近开关7，接近开关7型号为NPN型接近开关，具有定点启动和停止的功能，使轴承加载实验台可作直线往复运动，轨道4一侧设有传声器，传声器设置在距轨道4中心点垂直距离1.35米处，用于采集测试轴承11旋转时产生的声音信号。

轴承加载实验台包括驱动电机8、主轴10、测试轴承11、第一底座18、联轴器9、第一支撑轴承12、第一支撑轴承端盖13、第一支撑轴承底座14、第二支撑轴承15、第二支撑轴承端盖16、第二支撑轴承底座17和螺旋加载装置，驱动电机8与第一底座18固定连接，第一底座18上开设有六个螺纹孔用于与滑块5固定连接，驱动电机8的输出端通过联轴器9与主轴10一端连接，联轴器9具有缓冲减震和提供过载保护的作用。测试轴承11通过螺母20安装在主轴10的另一端。

伺服电机1和驱动电机8同时工作时，伺服电机1驱动滑块5带动轴承加载实验台作水平直线运动，驱动电机8通过不同的转速通过联轴器9带动主轴10旋转，进而带动测试轴承11内圈旋转，即测试轴承11不仅作旋转运动还可作水平直线运动，实现动态声学信号的采集；当驱动电机8工作，伺服电机1不工作时，测试轴承11仅作旋转运动，实现静态声学信号的采集。

螺旋加载装置用于装卸测试轴承11，可通过卸下螺母20更换测试轴承11，以模拟不同故障类型滚动轴承的动态声学信号，螺旋加载装置包括加载把手21、螺杆22和加载拖23，加载把手21与螺杆22螺纹连接，加载拖23设在螺杆22顶部并与测试轴承11底部连接，加载拖23的形状为小于半圆的圆弧，通过旋转加载把手21带动螺杆22旋转，使加载拖23垂直上下移动，起到对测试轴承11提供径向加载力的作用，同时当主轴10带动测试轴承11旋转时，测试轴承11只有内圈旋转而外圈静置，此时加载拖23小于半圆的圆弧设计可起到固定测试轴承11外圈的作用。

驱动电机8为直流伺服电机，第一支撑轴承12和第二支撑轴承15分别设在主轴10上，用于固定主轴10，第一支撑轴承12和第二支撑轴承15分别通过第一支撑轴承端盖13和第二支撑轴承端盖16与第一支撑轴承底座14和第二支撑轴承底座17螺栓连接，第一支撑轴承底座14和第二支撑轴承底座17与第一底座18固定连接。还包括第二底座19，第二底座19为三角结构，驱动电机8通过第二底座19与第一底座18固定连接。

由图4所示，一种轨旁声学动态检测实验控制系统，用于控制轨旁声学动态检测实验平台，包括PC端、控制系统和采集系统，采集系统将传声器采集到的信号通过采集卡传输到PC端，PC端经数据处理后显示测试结果，同时PC端还可通过逻辑运算将运动指令发送给控制系统，采集卡与PC端通过USB接口连接，控制系统与PC端通过RS232串口通讯总线连接。

控制系统包括电机运动控制器、滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器，PC端与电机运动控制器通过引脚引线的方式连接，电机运动控制器分别与接近开关7、滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器通过引脚引线的方式连接，滑块驱动电机驱动器连接伺服电机1，测试轴承驱动电机驱动器连接驱动电机8。

PC端给电机运动控制器发送信号，电机运动控制器接收该信号，通过自身的逻辑或程序运算将PC端发送的信号转化成相应的脉冲信号传送给滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器，滑块驱动电机驱动器和测试轴承驱动电机驱动器接收到电机运动控制器发送的脉冲信号，会将该信号转化为驱动相应电机精确运动的相电流，其中电机接收到的脉冲信号的频率高低以及方向信号的变化决定了相电流的大小、变化频率和方向。电机运动控制器控制接近开关7，进而由接近开关7与交流伺服电机一起控制轴承加载实验台的直线反复运动，直流伺服电机控制轴承加载实验台的主轴10旋转。

本发明的一种轨旁声学动态检测实验平台及控制系统，通过在轨道中设置同步皮带和滑块，连接轴承加载实验台，并在实验台轴承加载附近设有传声器，既可以满足静态声学信号的采集，也可满足动态声学信号的采集，同时将采集到的信号传出给控制系统，控制系统可实时获取信息并控制轨旁声学动态检测实验平台的运行。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。