車輛滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統

TADS一、TADS介紹1.TADS名稱2.系統概述3.國內、外情況4.技術指標5.工作原理6.系統組成一、TADS介紹1.TADS名稱車輛滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統（TADS）

TracksideAcousticDetectionSystem(TADS)一、TADS介紹2.系統概述系統采用聲學診斷技術和計算機網絡技術，通過對運行中車輛軸承噪聲信號的采集和分析，識別軸承的工作狀態，可提供有效的軸承內部早期故障診斷結果，在熱軸之前發現故障。一、TADS介紹

它與紅外軸溫探測系統相結合，共同組成車輛軸承的安全保障系統，能更加有效地防止切軸和脫軌，提高軸承故障的防范水平，使列檢對滾動軸承的檢查，從人判為主逐步過渡到人機結合、機判為主的階段。該系統增強了軸承的預警能力，將防范關口前移，體現了‘預防為主’的安全指導思想，使行車安全性更高，從而確保行車安全，提高鐵路運輸的效率和服務水平，增強市場競爭力。一、TADS介紹3.國內應用情況局別安裝地點設備數量1哈爾濱局成高子、五家、大興32沈陽局錦州、萬家營33北京局廊坊、涿州34太原局下莊、盧龍北35鄭州局廣武、謝莊、商丘北、商丘南、賈營、夏莊、王村、雙石碑、新鄉96成都局青龍場、大土、馬場57南寧局洛滿38西安局赤水、蔡家坡、行者、西安南49武漢局新溝、賀勝橋、祁家灣、羅鋪、新洲、江灣、信陽東、葛店8一、TADS介紹3.國內應用情況序號局別安裝地點設備數量10上海局海寧、永寧、龍潭、諸暨、烔煬河、下塘集、阜南、亳州、妙西1211南昌局向塘、三江鎮212廣鐵集團白馬壟、淥口613蘭州局嘉峪關上下行、中衛上下行714烏魯木齊局哈密、火石泉415青藏公司格爾木、拉薩、格爾木西416昆明局南昆、滬昆217濟南局日照118呼和浩特局3合計2015年初為止86套一、TADS介紹3.國內應用情況青藏線一.TADS介紹3.國內應用情況國內發現的部分故障一、TADS介紹3.國內應用情況國內發現的部分故障一、TADS介紹3.國內應用情況客車軸承故障2013年5月29日11:01，K7082次旅客列車（東方紅-哈爾濱）通過成高子試驗站，TADS預報機后第12輛客車左1軸承故障。一、TADS介紹4.技術指標自動檢測通過列車滾動軸承的滾子、內圈、外圈等故障。預報等級：3級，1級、A級最高。適應車速：貨車30～110km/h，客車30～160km/h。檢測精度：預報準確率≥97%。自動計軸、計輛和測速。預報的故障軸承的車號和軸位的自動定位。自動識別列車車次、車號信息。自動跟蹤故障軸承的發展趨勢。一、TADS介紹4.技術指標環境溫度:室外設備：－40℃～＋70℃；室內設備：－20℃～＋60℃；環境濕度：室外設備：小于等于95％；室內設備：小于等于85％； 日溫差：小于等于35℃。適應電源：交流電源：220V＋15％，50Hz；一、TADS介紹4.技術指標信息傳輸：信息傳輸方式：TADS探測站與路局監測中心采用兩線專用通 道或寬帶傳輸。數據傳輸接口：RJ45網絡接口。數據傳輸速率：專線傳輸速率不低于9600bps，網絡傳輸為 2M。傳輸接口協議：CCITT及我國鐵路通信的有關規定。傳輸校驗方式：文件傳輸協議(FTP)。一、TADS介紹

由于滾動軸承加工或裝配不當，潤滑不良，異物侵入，腐蝕剝落，過載以及長期運轉等原因都可能導致早期損傷。滾動軸承的故障可根據滾動軸承的損傷形式、故障的部位及缺陷級別進行分類。按滾動軸承的損傷形式分類滾動軸承的一般故障常見的破壞形式有：麻點、輾皮、剝離、擦傷、燒附、熱變色、腐蝕、微振磨蝕、凹痕、壓痕、拉傷、磕碰傷、劃傷、裂損、電蝕。5.工作原理軸承損傷基礎知識

基礎技術介紹

缺陷定義：零件表面在高接觸應力的循環作用下產生的金屬片狀剝落現象。

形態特征：具有一定的深度和面積；表面呈凹凸不平鱗狀；具有尖銳的溝角。通常呈現疲勞擴展特征的海灘狀條紋。

發生部位：軸承內、外圈滾道面和滾子滾動面重點研究剝離缺陷重點研究內、外圈和滾子剝離缺陷一、TADS介紹一、TADS介紹5.工作原理

利用聲學傳感器拾取軸承的聲音（噪聲）信號，采用特定的信號分析技術，可以從頻域或幅域提取出軸承的故障特征，再應用各種模式識別方法，就能夠實現滾動軸承的故障診斷。幅域特征可以反映故障的程度，頻域特征則可以反映故障的部位。因為故障部位不同，其產生的重復沖擊頻率是不一樣的。根據軸承運動學原理，如果已知軸承的幾何參數和轉速，就可以計算出各軸承零件產生故障時的特征頻率。通過對實測信號進行分析，查找特征頻率成分，即可判別故障所在。一、TADS介紹5.工作原理關鍵技術 1.聲音信號的拾取 2.系統降噪與高速采集 3.故障診斷與人工智能 4.波形分析與圖譜分析 5.系統網絡化與監控管理一、TADS介紹5.工作原理軸承基本結構：外圈、內圈、滾動體和保持架四部分。內、外圈之間相對轉動，滾動體繞軸心自轉，同時相對內、外圈公轉。一、TADS介紹5.工作原理

軸承滾動面出現缺陷時，滾動體碾壓到缺陷部位，就產生沖擊振動，從而產生異常聲音。一、TADS介紹聲學傳感器陣列（1）每側陣列有6個聲音傳感器；（2）每個聲音傳感器的探測范圍是1.2米，總7.2米；（3）每個滾子沿外圈轉動一周回到原點，車輪轉2.5圈；（4）運行距離：2.5圈×0.84米×3.14＝6.594米（5）陣列的探測范圍要大于6.6米MC1MC2MC3MC4MC5MC6MC1MC2MC3MC4MC5MC6一、TADS介紹聲學傳感器采集范圍一、TADS介紹麥克風信號分割合成示意圖一、TADS介紹麥克風信號分割合成示意圖

通過磁鋼觸發點確定軸承在每個麥克風文件中的段落，并進行截取，按照經過的先后順序進行銜接，就可以獲得軸承通過麥克風陣列的聲音文件了，如圖5.14。外圈故障的聲音圖譜故障特征獲取一、TADS介紹內圈故障的聲音圖譜

一、TADS介紹滾子故障的聲音圖譜

一、TADS介紹一、TADS介紹6.系統組成

TADS系統主要由地面探測站、鐵路局服務器、鐵路總公司服務器和復示終端組成。

其中地面探測站是TADS的核心，分為室內和室外兩大部分。一、TADS介紹地面探測站

TADS系統設備可以分為室外、室內兩大部分，室外部分主要由TADS軌邊設備和AEI設備組成，該部分主要是對通過的列車進行計軸、計輛、采集車號、采集軸承聲音的功能。室內部分主要由機柜和UPS電源組成。機柜里有防雷箱、AEI主機、遠近端放大器、KVM箱、HUB箱、遠程電源控制箱、SIPS箱、三臺工控機。一、TADS介紹整體布局一、TADS介紹室外部分

TADS探測站的室外設備主要包括保護箱（聲音傳感器陣列），聲學傳感器，AEI地面天線及車輪傳感器等設備。一、TADS介紹保護箱：保護箱主要是保護聲學傳感器，保護箱是具有抗震性的箱體，設有保護門，只有在列車通過時才打開，可適應軌邊環境。保護箱安裝在鋼軌的兩側，每側有三個，每個保護箱內有兩個聲學傳感器。

一、TADS介紹聲學傳感器：每側有6個聲學傳感器，用于采集車輛軸承運轉產生的聲音信號。它采用指向性設計，具有很好的聲學波瓣圖，直接朝向軸承，能夠減少噪聲影響。

一、TADS介紹保護門傳感器：對保護門開關進行控制。通常當沒有列車通過時，保護門傳感器使保護門處于關閉狀態。當有列車通過時，保護門傳感器打開保護門，使其處于打開狀態，這時聲學傳感器將對通過的列車進行聲音采集工作。列車通過后，保護門傳感器將關閉保護門，使保護門處于關閉狀態。

一、TADS介紹聲學車輪傳感器：聲學車輪傳感器用磁鋼卡具固定在鋼軌上。當列車接近時，自動啟動TADS系統，用于軸承的定位、計軸和測速等。

一、TADS介紹AEI設備：包括AEI車輪傳感器、分線箱和天線，主要是對通過的列車進行車次、車號、車速等車輛信息進行采集，給聲學設備提供所需要的車輛信息。

一、TADS介紹室內部分

①MACOMPTER②FSCOMPTER③NSCOMPTER④SIPS箱⑤遠程電源控制箱⑥HUB箱⑦KVM箱⑧FS放大器⑨NS放大器⑩AEI主機⑾防雷箱⑿溫控箱一、TADS介紹

主處理計算機（MA）：主處理計算機是與兩臺遠、近端信號采集處理計算機協同同步工作，接收遠、近端信號采集處理工業控制機計算機采集的數據、接收AEI數據，并對判別的軸承故障數據進行綜合判斷分析，通過與AEI數據的結合，確定故障軸承的位置并存儲數據，通過網絡向上一級服務器發送采集到的過車數據。

一、TADS介紹

遠、近端信號采集處理計算機（FS、NS）：遠、近端信號采集處理計算機接收到室外設備采集到的軸承聲音信號，通過安裝在計算機上的軟件進行處理，完成軸承的診斷判別工作，并把處理后的數據傳送給主處理計算機。遠、近端信號采集處理工業控制機還可以對室外的聲學傳感器和聲學車輪傳感器進行檢測。通過檢測可以判斷室外的聲學傳感器和聲學車輪傳感器的工作狀況。

一、TADS介紹

遠、近端信號采集處理計算機（FS、NS）：在遠、近端信號采集處理計算機里分別裝有兩個PCI卡，一個是I/O卡，一個是A/D卡。I/O卡控制保護門的開啟和關閉，A/D卡處理室外設備采集的聲音信號和磁鋼控制信號，A/D采集卡除了具有數據采集的功能之外，還擁有專用的數據處理系統，包括2個DSP處理器和一個具有專用的32位板上操作系統的板上計算機系統，根據要求可以完成聲音信號的抗混疊濾波、聲音處理等高級功能。

一、TADS介紹

電源信號分配箱（SIPS箱）：電源信號分配箱（SIPS箱）是對各種信號提供接口電路的機箱，通過SIPS箱對室外設備進行控制信號分配，并且控制聲學傳感器陣列箱保護門開啟或關閉以及室外風扇的開、關。

一、TADS介紹

遠程電源控制箱：遠程電源控制箱是向車號地面AEI主機、探測站主計算機、NS、FS數據采集計算機、SIPS箱、HUB箱、NS、FS放大器箱等設備提供電源輸出。它通過電話線與室內電話直接連接，可以在其他地方通過撥打電話方式，遠程控制各個機器設備的電源開或關。首先輸入密碼654321然后輸入控制指令11#一、TADS介紹

HUB箱：HUB箱將主、從三臺計算機聯網，構成網絡化連接，提高軌邊設備綜合處理數據能力及數據的高速交換能力，并且提供向上傳輸數據的通道。同時為KVM轉換器提供電源。一、TADS介紹

KVM轉換器箱：KVM是提供三臺計算機的顯示界面和控制操作的顯示器，通過它可以方便的操作任意一臺計算機，可以提供快捷方便的顯示操作工作。一、TADS介紹FS、NS放大器：放大器包括遠、近端放大器組。每組6個通道，接收聲學傳感器陣列信號，并對室外聲學傳感器陣列信號進行濾波和高保真放大處理，是采集軸承聲音的重要組成部分。一、TADS介紹

AEI主機：AEI主機主要是自動識別列車的車次、車號信息，計軸、計輛、測速，并將有關信息數據提供給TADS設備，完成對預報的故障軸承車號和軸位的自動定位。增加TPIN接口，利用磁鋼信號打開保護門。07C一、TADS介紹防雷箱：防雷箱是對除聲學傳感器外的各種傳感器信號、通信信號、控制電源信號進行抗雷電沖擊及抗浪涌保護的裝置，是保證設備安全的必要設備，可以對防止設備遭受雷擊起到很好的作用。二、TADS系統運用管理1.軸位定義2.運用管理3.扣車標準4.信息反饋二、TADS系統運用管理1.TADS軸位定義（按運行方向）

預報時采用運行方向及標簽位置定位方向進行預報。運行方向二、TADS系統運用管理1.TADS軸位定義（按標簽位置）軸承運行狀態跟蹤時以按標簽位置定位方式為標準；預報時采用運行方向及標簽位置定位方向進行預報。二、TADS系統運用管理車輛方位A

按標簽位置定位A2

按運行方向定位左1

二、TADS系統運用管理車輛方位B

按標簽位置定位A6

按運行方向定位右2

四、TADS系統運用管理2.運用管理

①當車輛新造或進行檢修后，TADS系統通過車輛制造工廠或車輛段AEI設備和其它相關信息系統獲得車輛和軸承的信息，上傳鐵道部TADS數據庫。

②對線路上運行的軸承實時監測，記錄通過TADS時的運行狀態。

③發現某個軸承出現故障后，自動跟蹤，當軸承故障達到一定危險程度時進行報警，提示進行扣車換輪處理。

④故障軸承退卸分解后，車輛段將故障軸承的分解情況及故障照片信息反饋到鐵道部TADS數據庫。

二、TADS系統運用管理貨車軸承閉環監控管理流程圖：二、TADS系統運用管理報警管理

TADS系統采用網絡化管理，在鐵道部TADS服務器建立中央數據庫，一方面可以存儲全路范圍內最完整、準確的貨車軸承故障預報信息，另一方面對貨車軸承的歷史預報信息進行綜合分析、對預報次數進行累計。

通過對預報次數的分析和根據聯網扣車評判標準進行評判，可以進一步提高預報的準確性和可靠性。

二、TADS系統運用管理故障報警流程二、TADS系統運用管理工作標準

TADS交班人員應認真填寫《貨車安全防范系統動態檢車組交接班記錄薄》。接班人員應確認設備狀態良好，向交班人員了解設備使用情況及探測網絡運行情況，檢查記錄臺帳，交接班人員共同在交接班記錄薄上簽字。二、TADS系統運用管理工作標準

TADS動態檢車組長負責監測TADS系統運行狀態，并負責傳輸通道故障的監測，要將TADS故障情況及時上報車輛段進行處理。當TADS客戶端計算機無法正常工作時，要立即向列檢值班員報告，由列檢值班員通知該班現場檢車工長，由現場檢車員按技檢標準對列車進行人工檢查。二、TADS系統運用管理責任界定TADS未對軸承故障進行一級預報及扣車預報的軸位，現場檢車人員只進行軸承外觀檢查。安裝TADS鐵路局未按規定進行扣車處理和檢查確認，排到鄰局后被鄰局做扣車處理的，列該鐵路局責任。二、TADS系統運用管理考核指標（運用“三率”）檢查率

=檢查確認輛（件）數/系統預報輛（件）數×100%扣車率

=扣修貨車輛數/系統預報輛數×100%

注：系統預報輛數為1級故障數及扣車報警數，但不包括直通車。漏檢率

=后續單位扣修輛數/本單位排出輛數×100%

后續單位和本單位目前暫按探測站為單位統計。二、TADS系統運用管理3.扣車標準（重點）

報警規定：

1）同一軸承連續預報一級三次及以上（連續三次以上預報一級）；

2）同一軸承連續五次通過探測站，其中預報一級三次及以上（通過五次，累計三次一級）；

3）同一軸承連續六次通過探測站，其中預報二級三次及以上（通過六次，累計三次二級）。

處理規定：當TADS單次預報軸承一級故障時，由現場檢車員對預報軸位進行檢查確認,做扣車處理。現場檢車員要對預報軸位進行檢查確認，現場檢車工長要對現場檢車員認定無故障軸位進行復核。二、TADS系統運用管理對TADS單次預報軸承一級故障和TADS系統自動彈出對話框的扣車預報，動態檢車員要立即將車次、車號、輛序、軸位等情況經動態檢車組長向列檢值班員報告；由列檢值班員通知現場檢車員；由現場檢車員對軸承進行檢查確認；現場檢車員要將檢查確認結果向列檢值班員報告，向動態檢車組進行反饋，由動態檢車員錄入TADS。4.信息反饋二、TADS系統運用管理

對存在故障貨車按有關規定辦理扣車手續，并在軸承外圈的正下方，粘貼不干膠標志，注明“TADS故障”字樣（見后表），將故障車輛調至站修所后進行換輪處理；故障輪對送至車輛段檢修車間進行軸承退卸處理，檢修車間對軸承退卸分解后發現的故障進行拍照存檔，由車輛段安排專人匯總軸承故障類型及照片，15日內補錄入到TADS。二、TADS系統運用管理TADS甩車粘貼標志格式扣車日期：車次：車號：預報：機后位，左（右）位預報級別：甩車地點：處理人：處理日期：預報設備：TADS不干膠貼大小：120