红外线轴温探测系统(THDS)预报故障轴承分析.pdf
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1、介绍了红外线轴温探测系统(THD S)的工作原理及故障轴承温度预报标准,统计了全路THD S在2 0 1 02 0 1 8年预报铁路货车滚动轴承热轴及兑现情况,归纳分析了引起热轴的铁路货车滚动轴承故障类型;此外,利用统计学方法研究了THD S预报热轴故障与滚动轴承声学诊断系统(T A D S)预报轴承声学故障之间的相关性,从原理上对热学及声学2种轴承故障诊断方法进行了分析。统计结果表明,THD S预报的故障热轴提前被T A D S预报声学故障的可能性不足2.3%,即热轴故障在早期阶段并无显著的声学故障特征,THD S及T A D S两者在轴承故障预报方面无相关性。关键词:红外线轴温探测系统;滚
2、动轴承声学诊断系统;声学敏感型故障;温度敏感型故障中图分类号:U 2 7 0.3 3 1+.2 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2 0 2 3.0 4.0 3 0收稿日期:2 0 2 0-0 8-0 5;修回日期:2 0 2 2-1 0-2 0第一作者:刘鹏军(1 9 8 7),男,博士,高级工程师。A n a l y s i s o f F a u l t y B e a r i n g P r e d i c t e d b y T r a c e H o t b o x D e t e c t i o n S y s
3、 t e m(T H D S)L I U P e n g j u n,YANG Z h e n g x i,L I Q i a n g,B I F a n g y o n g,Z HE NG X i a n g y a n g(B e i j i n g C t r o w e l l T e c h n o l o g y C o.,L t d.,B e i j i n g 1 0 0 1 9 1,C h i n a)A b s t r a c t:P r i n c i p l e s o f T r a c e H o t b o x D e t e c t i o n S y s t
4、e m(THD S)a n d c r i t e r i a f o r p r e d i c t i n g t e m p e r a t u r e o f f a u l t y b e a r i n g a r e i n t r o d u c e d a l o n g w i t h s u mm a r y o f p r e d i c t e d h o t b o x e s o f r o l l i n g b e a r i n g s f o r r a i l w a y f r e i g h t c a r s b y THD S b e t w e
5、 e n 2 0 1 0-2 0 1 8 t h r o u g h o u t t h e l i n e s a n d a c t u a l c a s e s.F a i l u r e t y p e s o f r o l l i n g b e a r i n g s o f r a i l w a y f r e i g h t c a r s,w h i c h c a u s e d h o t b o x e s a r e c o n c l u d e d a n d a n a l y z e d.I n a d d i t i o n,s t a t i s t
6、 i c m e t h o d s h a v e b e e n u t i l i z e d d u r i n g r e s e a r c h o f t h e r e l e v a n c e b e t w e e n THD S p r e d i c t e d h o t b o x f a i l u r e s a n d a c o u s t i c f a i l u r e s w i t h p r e d i c t e d b e a r i n g s b y T r a c k s i d e A c o u s t i c D e t e c
7、 t i o n S y s t e m(T A D S)f o r r o l l i n g b e a r i n g s.A n a l y s i s i n p r i n c i p l e o f t w o m e t h o d s f o r d i a g n o s i s o f b e a r i n g f a i l u r e h a s b e e n c o n d u c t e d t h e r m a l l y a n d a c o u s t i c a l l y.R e s u l t s o f s t a t i s t i c s
8、 i n d i c a t e t h e p o s s i b i l i t y o f a d v a n c e d p r e d i c t i o n o n a c o u s t i c f a i l u r e s b y T A D S f o r t h e f a u l t y h o t b o x p r e d i c t e d b y THD S i s l e s s t h a n 2.3%,t h a t i s,t h e f a i l u r e w i t h h o t b o x d i d n o t e x h i b i t
9、s i g n i f i c a n t c h a r a c t e r i s t i c s o f a c o u s t i c f a i l u r e s a t e a r l y s t a g e.H e n c e t h e r e i s n o r e l e v a n t b e t w e e n THD S a n d T A D S i n t e r m o f b e a r i n g f a i l u r e p r e d i c t i o n.K e y w o r d s:t r a c e h o t b o x d e t e
10、c t i o n s y s t e m(THD S);t r a c k s i d e a c o u s t i c d e t e c t i o n s y s t e m(T A D S);a c o u s t i c a l l y s e n s i t i v e f a i l u r e;t e m p e r a t u r e s e n s i t i v e f a i l u r e 铁路货车滚动轴承在运转过程中由于材料缺陷、加工缺陷、装配不良、润滑不良、密封不良、异常载荷、疲劳、磨损等原因可能导致轴承损坏,从而影响滚动轴承的正常工作。若滚动轴承发生故障而未
11、及时处理,将会引发严重的列车行车安全事故。温度是轴承故障的一个重要表征,一般而言,轴承运转温度的高低与轴承故障的严重程度密切相关。因此,我国铁路车辆部门从上世纪七十年代开始推广使用红外线轴温探测系统(THD S),利用红外线辐射原理测量轴承温度,至今已经历了热敏电阻交流放大测温、热敏电阻直流放大测温、光子器件测温及统型机测温4个主要阶段。经过多年的发展与完善,THD S已成为铁路安全监控领域不可或缺的重要组成部分,在预报轴温、防止热轴事故、提高列车行车安全方面起着至关重要的作用。951 运用与检修铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 1 红外线轴温探测系统及预报标准THD S对通过车
12、辆的每个轴承进行非接触式温度检测,同时对热轴车辆进行跟踪报警,是发现车辆热轴、防止热切轴的安全保障设施1。THD S工作原理:利用安装在轨边的红外辐射测温探头、车轮传感器及附近探测机房内的控制、采集、传输系统,动态采集运行列车的轴承温度,自动识别车号、车速、轴距等运行信息,并通过专用网络和传输通道,将判别结果及数据迅速准确地传输到各铁路局监测中心和列车调度指挥系统2。2 0 0 6年,我国铁路车辆部门着手将不同厂家的轴温探测设备统型为THD S-A,实现了网络传输、自适应标定、内探与外探相结合的双探测角度轴温探测模式。2 0 1 0年,进一步集成现有的THD S-A型设备上的各项成熟先进技术,
13、统一了设备制造标准和热轴预报标准,形成了具有互换性的统型设备THD S-B。根据 车辆轴温智能探测系统(THD S)设备检修维护管理规程(以下简称 规程)要求,THD S将铁路货车滚动轴承的热轴故障分为微热、强热、激热3个等级。探测站程序依照温升(轴温与环温之差)、列温升差(温升与一列车同侧统计平均温升之差)、辆温升差(温升与该辆车同侧统计平均温升之差)3个判据,对热轴故障进行分级预报。若预报为激热轴,则需立即拦停检查;若预报为强热轴,则在THD S探测站所在车站停车检查;若预报为微热轴,则跟踪监测,当微热轴提高热轴级别或连续4站预报为微热轴时,则在THD S探测站所在车站停车检查。2 T H
14、 D S预报热轴及轴承故障形式分析2.1 T H D S预报热轴分析本文统计了2 0 1 02 0 1 8年全路THD S预报货车滚动轴承热轴及故障热轴的情况,如图1所示。其中,热轴包含微热轴、强热轴和激热轴,强激热轴仅包含强热轴和激热轴。故障热轴由红外线全路联网热轴反馈数据统计获得,包含退卸有故障热轴、拦停甩车待退卸热轴。由统计结果可见,近几年来,随着THD S系统的合理运用及货车滚动轴承故障的全面综合治理,全路预报热轴数量及故障热轴数量均呈逐年降低的趋势。其中,2 0 1 2年相比于2 0 1 1年,预报热轴及故障热轴的下降幅度均超过4 0%,这得益于2 0 1 0年之后统型设备的全面推广
15、及应用。2 0 1 4年之后,预报热轴总数量维持在2 7 0件以下,而故障热轴及故障强激热轴总数量均维持在1 7 0件以下。图1 2 0 1 02 0 1 8年全路T H D S预报热轴及故障热轴情况强激热轴兑现率是THD S设备的重要技术指标之一,当THD S预报激热时,列车调度员需立即下达调度命令安排列车停车,并由列检人员进行检查确认;当THD S预报强热时,列车调度员需立即下达调度命令安排列车前方站停侧线,接受列检人员检查确认。因此,规程 中要求THD S设备的强激热轴兑现率须达到7 0%以上,以确保铁路货运业务的正常开展。兑现率计算如下:兑换率=确认故障轴数预报强激热故障总轴数1 0
16、0%其中,确认故障轴数为预报强激热拦停甩车后,经检查确认故障更换轮对的数量,预报强激热故障总轴数为THD S设备按照 规程 预报的强激热轴数量。在统计THD S预报热轴及故障热轴的基础上,计算了2 0 1 02 0 1 8年全路强激热轴兑现率,如图2所示。2 0 1 02 0 1 4年,强 激 热 轴 兑 现 率 较 低(5 0%6 0%),针对此问题,研究者们从管理制度、设备应用、机车车辆等多个方面进行了分析,并提出了相应的改进建议3。经设备管理、生产、应用等多部门的协调统筹、密切配合,THD S设备强激热轴兑现率不断提高,2 0 1 5年之后,强激热轴兑现率均大于7 0%。图2 2 0 1
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