毕业设计（论文）高速列车检测与故障诊断分析及应用.doc

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1、2011届毕业设计任务书一、 课题名称：高速列车检测与故障诊断分析及应用二、 指导老师： 三、 设计内容与要求：1、课题概述:随着铁路向高速、重载化发展，列车运行控制、行车安全、运行状态实时监测与故障诊断、列车故障检修的快速高效性等问题变得更加重要。我国铁路经过六次大提速后，列车的运行速度达到了前所未有的水平，随之而产生的列车运行状态监测、故障的预防和故障发生后的快速排除等问题摆在了越来越重要的地位。本课题要求学生在已学的电力机车、车辆专业知识基础上，使学生能更好的了解列车检测与故障诊断对高速列车安全运行的重要性和必要性，了解列车检测与故障诊断技术的发展情况及常用方法，加深理解列车检测与故障诊

2、断系统在走行部（或牵引传动系统）的具体应用。通过此课题的进行，对培养学生运用所学的基础知识、专业知识，并利用其中的基本理论和技能来总结、研究本专业内的相应问题，培养学生工程技术人员必须具备的基础能力。2、设计内容与要求：（1）介绍高速列车检测与故障诊断的现状及发展情况（2）介绍高速列车检测与故障诊断的作用及常用方法（3）介绍高速列车走行部（或牵引传动系统）的结构原理及典型故障分析（4）介绍高速列车走行部（或牵引传动系统）的检测与故障诊断方法的具体应用（5）结论四、设计参考书 1、高速动车组工作原理与结构特点 中国铁道出版社2、列车故障在线诊断技术及应用 国防工业出版社3、最新铁路车辆检修工艺与

3、故障在线诊断技术实用手册 北方工业出版社4、动车组检测与故障诊断技术 西南交通大学出版社5、动车组构造 西南交通大学出版社6、高速动车组概论 西南交通大学出版社五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、 设计进程安排 第1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。 第2-3周: 设计要求说明及课题内容辅导。 第46周：进行毕业设计，完成初稿。 第6-7周： 第一次检查，了解设计完成情况。 第7周： 第二次检查设计完成情况，并作好

4、毕业答辩准备。第8周： 毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1. 毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2.毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准

5、制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制摘 要随着铁路向高速化发展，列车的运行速度达到了前所未有的水平，列车一旦发生故障必定会带来严重的后果，因此列车运行状态实时监测与故障诊断变得更加重要，随之而产生的列车运行状态监测、故障的预防和故障发生后的快速排除等问题也摆在了越来越重要的地位。列车故障诊断是识别列车运行状态的科学，它研究的是列车运行状态在诊断信息中的反映，其研究内容对列车运行的识别诊断、对其运行过程的检测以及对其运行发展的趋势的预

6、测。通过正确的故障识别，找出故障的正确位置，把需要修复或跟换的零部件隔离开来，避免事故发生和缩短维修时间。本文在结构上分为四章，对我国高速列车检测与故障诊断的发展情况，以及高速列车检测与故障诊断的作用及技术进行了阐述，主要对走行部的故障进行了分析，重点对齿轮故障的常见形式及原因、其故障诊断的时域诊断分析和振动信号分析进行了详细介绍，并对齿轮简易诊断中的振平诊断法进行了描述。关键词：高速列车检测 故障诊断 诊断原理ABSTRACTAlong with the development of the railroad train operation, high speed reached hithe

7、rto-unseen levels, train once failure will surely bring serious consequences, therefore the train operation state real time monitoring and testing, fault diagnosis become more important, subsequently and produce the train operation condition monitoring and fault prevention and fault occurred after r

8、apid exclude are in an increasingly important position. Train fault diagnosis is recognition train running state science, it is the train operation status in diagnostic information of the reflection, its research content on the train operation recognition of the diagnosis, upon its operation process

9、 inspection and the operation of the trend of the development of the forecasts. Through the correct fault recognition, find fault in the correct position, the need to repair or follow change the parts of the isolated, avoiding accidents and shorten repair time. This paper is divided into four chapte

10、rs in the structure of our country, high-speed train detection and fault diagnosis in the development situation, and high-speed trains detection and fault diagnosis of the function and technology is discussed, mainly to walk line department has analyzed the breakdown of gear fault, focusing on the c

11、ommon forms and reasons, its fault diagnosis of time-domain diagnosis analysis and vibration signal analysis were introduced, and the gear simple diagnosis of vibration flat diagnosis method is described. Keywords: High-speed train detection Diagnosis Diagnostic principle 目 录第1章 高速列车检测与故障诊断的发展情况11.1

12、高速列车检测发展状况11.2故障诊断的诊断系统1第2章 高速列车检测与故障诊断的作用及技术32.1动车组诊断系统的作用32.2 高速列车的故障诊断方式32.3列车故障诊断技术4第3章 高速列车走行部的结构原理及典型故障分析113.1 走行部的结构原理与轮对的检测113.2齿轮的检测与故障诊断133.3滚动轴承检测及故障诊断24第4章 心得体会30参考文献31第1章 高速列车检测与故障诊断的发展情况1.1高速列车检测发展状况故障检测与隔离合称为故障诊断，是指为故障识别、故障定位和确定故障原因所进行的工作。对于机车车辆，特别是高速列车，需要经常进行定期诊断，而对与高速动车组，可以说离开快速而有效的

13、检测诊断，动车组就无法顺利、有效地完成所承担的运输任务。列车故障诊断是识别列车运行状态的科学，它研究的是列车运行状态在诊断信息中的反映，其研究内容对列车运行的识别诊断、对其运行过程的检测以及对其运行发展的趋势的预测。由于高速动车组发生故障会带来严重的后果，因此必须在事故发生以前，利用先进的装备较早发现和预防事故发生。动车组检测与故障诊断系统对于高速动车组的安全起着重要的作用。铁路是我国重要的基础设施，随着我国电气化铁路的迅速发展，铁路行车安全性和可靠性日益成为重要的课题，而电力机车作为铁路运输的载体，其运行的良好性对确保铁路安全行车有着重要至关重要的作用。在我国，每年因机车运行故障而造成的经济

14、损失是巨大的，同时，我国每年为保持机车车辆等设备正常运行所花费的维护费用在铁路运输经费中也占了很大的比重。因此，提高列车故障诊断水平，使机车故障诊断和维修工作更加高效而科学对铁路安全行车有着非常重要的意义。虽然经过我国科研工作者几十年的辛勤努力，我国机车车辆诊断技术取得了较大的进步，但是与实际中的故障检测需求相比仍有较大差距，目前我国机车车辆制造维修水平整体较低，特别是可靠性低，严重影响当前的铁路提速和“货车重载、客车高速”战略的实施。目前，无论是管理部门还是技术部门，都对开展机车车辆故障诊断的迫切性有所提高。1.2故障诊断的诊断系统故障诊断是通过正确的故障识别（检查和检测），找出故障的正确位

15、置，把需要修复或跟换的零部件隔离开来，从而、大大缩短了维修过程，减少了维修停时。（1）诊断方式高速动车组应用的诊断方式有3种：人工诊断、自动测试设备（ATE）诊断和机内测试设备（BITE）的诊断。近年来，高速列车故障诊断方式把重点放在机内测试设备（BITE）的诊断上，也就是说，尽量完善高速动车组的车载检测诊断系统，使之运行时发现了传输故障信息。自动测试设备（ATE）诊断一般在列车库停和动车段检修时使用，例如车轮的超声波探伤、车轮磨损及外形的检测等。（2）地面诊断系统地面故障诊断系统住往和维修信息系统合并为一个系统，它实质上是一个完善的大型计算机系统。它的功能有：1）通过与列车的信息传输与交换直

16、接得知列车的运行状态，并通过自身的软件系统对信息进行处析，对故障进行实时诊断给司机以警示和指令；2）也可以通过数据转储设备将列车运行中记录下来的数据转储人地面系统，可进一步处理和分析从而做出高速动车组设计、制造、运用和维修方面的重要决策；3）地面故障诊断系统还包括外部诊断项目，主要有：轮对故障诊断、轴温红外线监测和润滑油的光谱和铁谱诊断等：车载故障诊断系统4）列车进入动车段和维修基地期间，所有的检测数据都须输入该系统，由计算机系统做出诊断，以便对高速动车组进行经济、有效的维修。（3）车载检测诊断系统1）列车诊断中心列车诊断中心是整个列车的主诊断装置，用于全列车技术状态的分析和诊断。它通过列出总

17、线获取各节车辆的工作状态和故障情况，然后进行处理分析，做出判断。诊断结果必须记录和向乘务员显示。在故障情况下还应向乘务员提示有关的处理对策。列车诊断中心必须配备有显示终端，并具有人机对话功能。乘务员可以与中心在终端“对话”。列车诊断中心还应具备无线通信功能，以便与地面调度中心通话和交换信息。列车诊断中心一般设在动力车上，如果前后动力车均设有列车诊断中心，则应以前导动力车为主，成为整个列车的控制中心，后面的动力车诊断系统则成为车辆诊断装置。2）车辆诊断装置车辆诊断装置包括动力车和拖车的诊断装置，它们是车载诊断系统的一个子站。每个车辆诊断装置通过车辆总线搜集本节车辆的数据和各个部件的诊断结果并进行

18、分析、记录。第2章 高速列车检测与故障诊断的作用及技术2.1动车组诊断系统的作用1. 提高动车组运行的可靠性和安全性现代动车组是一种技术先进、机构复杂的技术装备，采用 大量的现代电子原件和装备，进行着复杂的信息处理，因此要求这些装备具有较高的可靠性。这种可靠性的一方面通过电子装备的可靠性来保证；另一方面则由检测与故障诊断系统来提供。检测与故障诊断系统可以迅速地识别和提示运行中发生的故障，采取措施及时地排除故障，从而保证动车组可靠性运行，并提高了列车运营的安全性。2为动车组维修提供重要的依据现代动车组的检测与故障诊断系统不但能够在运行中向乘务员提供列车的运行状况，故障级别，提车排除故障措施的建议

19、，而且还能在运行中将这些情况及时地向维修基地以前（例如提前1h）做好维修计划，准备好需要更换的配件。从而大大缩短了维修停时，提高了动车组的可用性。3可检测、显示、记录、存储和分析数据故障诊断系统在动车组运行中检测出故障，并将故障状况、故障等级以及应该采取的措施建议显示在显示屏上，帮助司机处理故障；同时，还就运行中发生的故障情况记录下来，其中包括故障时间、位置，故障发生时有关参数的当前值及其变化情况，并存储下来，供地面系统进一步分析。4为动车组的改进和发展提供依据故障诊断系统所积累的大量数据，不但成为维修的重要的依据，而且通过对这些数据的综合分析，还能对动车组的综合性能和各主要零部件的可靠性进行

20、评估，为动车组的改进和发展提供重要的依据。2.2 高速列车的故障诊断方式高速列车故障诊断方式大致可以分为三种类型：人工诊断，应用自动检测设备进行诊断，应用机内测试系统进行诊断。1. 人工诊断对于某些产品的故障识别、故障定位及故障原因的查找，人们已经积累了很多的经验，利用专业人员的这些丰富经验，再根据人工检查、人工测试设备的检测来对故障进行诊断。在过去电子技术还不发达产品设计不发达、产品设计未考虑测试性的年代，这种人工诊断方法是对产品进行故障诊断的主要手段。尽管随着科学技术的发展，在诊断技术领域内涌现了大量的自动测试设备和机内测试诊断系统，但至今这种人工诊断方法仍然被采用，即使在世界上最先进的机

21、车车辆维修段也是如此。这是由于这种人工诊断方法，对于一些可达性好、故障检测高或有经验积累的零部件，通过严格的规程制定，能够使诊断工作达到简单可靠、满足所规定的时间要求，而又具有最好的经济性。2应用自动测试设备的诊断自动测试设备ATE的定义是：“自动进行功能和（或）参数测试、评价性能下降程度或隔离故障的设备”（GJB33851998）。这种设备不是被测装置的组成部分，通常由计算机空着评定功能来完成诊断决策，尽量减少认为介入。在机车车辆领域内，采用这种设备进行的诊断常常被称为外部自动诊断。将被测装置送到ATE处，即机车车辆开到ATE处进行诊断，又称为地面诊断，相应的ATE称为地面诊断设备或固定诊断

22、设备。将ATE带到被测装备处，即ATE携带上车进行检测诊断的，称为随车诊断，相应的ATE称为随车诊断设备。3应用机内测试设备的诊断机内测试设备BITE的定义是：“完成机内测试功能的设备”（GJB33851998）。机内测试BIT的定义是：“系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力”（GJB33851998），它为故障诊断或隔离提供了一种机载的、自动检测能力，包括周期、连续地监控被测装备的运行状况、维修前的观测和诊断等。现代机车车辆，特别是高速动车组，其复杂性不言而喻，要求BITE具有常规检测设备和技术所不能做到的检测和隔离故障的能力，而且其本身应具有很高的可靠性和可信赖性。一个设计精良

23、的BITE系统能够在高速列车运行中指出和隔离列车不见所发生的故障，通过信息传输系统提前通知维修段，以便做好维修计划，在列车库停时间内完成相应的维修作业，从而节省为完成这些维修工作所需要的计划停时。在高速列车和动车组中，都设置了完善的、微机控制的故障诊断系统（BITE），并且这种BITE正逐渐向人工智能化发展，因此，高速动车组的主要零部件工作状况的连续监测和故障诊断，基本上都由内部的微机控制诊断系统来完成的。例如德国ICE高速动车组就有一个完善的内部诊断系统。2.3列车故障诊断技术1振动诊断技术振动诊断是对正在运行的机械装备或给静止状态的系统以人工激励，测其振动相应，对得到的各种数据进行分析处理

24、，然后将结果与事先制订的标准进行对比，从而判断出是否存在损坏或裂纹。在机车车辆中，常常应用振动诊断技术来检测和隔离电机、泵、柴油机、涡轮机、压气机、轴系、齿轮箱、滚动轴承等，由于疲劳、磨损、不平衡、不对中、松脱、老化等引起的故障。振动诊断技术应该包括：振动信号的采集，振动信号的分析处理，故障的识别，故障预报。振动诊断的方法是要测量被测装备上的振动量，然后应用振动分析技术来分析其振动特性多的变化。振动信号的分析方法主要有：(1) 幅值分析法幅值分析法是分析振动信号的特征参数，这些参数有均值、均方根值、最大值、最小值和绝对平均值等。这些参数虽然对故障诊断有一定的作用，但它们会随工况（负载和速度）的

25、变化而变化，从而存在着对故障不够敏感，难于区分的缺点。因此，人们又引入了无量纲幅域参数，诸如波形、峰值、脉冲、裕度和峭度系数等。这些系数对故障有足够的灵敏度，而且对信号幅值、频率的变化不敏感，因而在实际中得到广泛的应用。(2) 频域分析法频域分析的基础是频谱分析，即分析动态信号的幅值、相位、功率和能量随频率的变化关系。频谱分析主要包括功率谱密度函数分析、细化谱分析、冲击响应谱分析、最大熵谱分析和全息谱分析等。由于信号频率结构对故障的发生、发展的敏感度，因此频域分析在振动信号处理中得到了最广泛的应用。(3) 相关分析法相关分析主要是应用相关系数和相关函数来进行分析，即利用相关函数来研究两个信号之

26、间的相关性和依赖性。不同的信号具有不同的相关函数。相关函数分为自相关函数和互相关函数。自相关函数不包含信号的相位信息，只存在着单一的量值关系。自相关函数是随机振动分析中的一个重要参量。互相关函数则包含着相位信息，他的大小直接反应所研究的两个信号之间的相关性，因而有很多的应用。(4) 时序分析法时序分析是对按照时间序列排列的观测数据进行统计学处理与分析，是数据统计处理和系统分析相结合的一种数学方法。它一方面可以对系统进行动态分析，另一方面还可以对系统的未来状况和趋势进行预报和控制。机械故障诊断的时序分析法就是在装备运行过程中，首先选定恰当的诊断参数，然后建立一个时序模型，通过对时序模型的相应判断

27、来诊断装备状态的变化。这种方法在很多情况下能可靠地诊断出装备的异常状况。(5) 特征分析法特征分析主要是根据运转的装备在转速变化和某一稳定转速时，各重要部位振动量值的大小来进行特征的描述。一般选用的自变量不同，特征分析有如下几种方法：功率谱分析、阶比谱分析、跟踪谱分析、坎贝尔图谱分析、转速谱阵分析、时间谱阵分析等。特征分析的目的在于把众多的特征分量（频率）从复杂的信息中识别出来，研究和分析它们的变化特征，从而判别装备运行状态是否正常。现代，振动诊断技术发展很快，在装备的故障诊断中得到十分广泛的应用。由于其方便、可靠，常常应用于装备故障的预报。振动量有三种，分别为位移（振幅）、速度和加速度。因此

28、在振动诊断时，首先要确定测量哪一个振动量，采用什么测量装置，然后才能确定采用什么分析技术来分析处理输出信号。一般来说，位移传感器在低频时比较灵敏；速度传感器在中频地带比较灵敏；加速度传感器在高频区域比较灵敏。振动信号的强度与传感器的安装方向和安装紧度程度关系很大。2声诊断技术从广义上来说，声音也是振动的一种方式。声诊断技术是利用声学的原理进行故障诊断的技术。主要有：声和噪声诊断、声发射诊断和超声波诊断。(1) 声和噪声诊断法 声和噪声诊断是根据装备在运行中发出的声和噪声来判断其是否发生故障的技术，当装备的零部件发生磨损、变形、裂纹等物理变化时，其声音信号的特性就会发生变化，装备发出的声音通过送

29、话器和传声器把声音送到放大器放大后直接读数或进行信号处理，也可以记录、存储后再进行处理，可以对信号进行频谱和倒频谱、频率和倒频率分析，从而判断装备是否发生故障。声和噪声诊断的方法主要有：主观评估法、近场测量法、表面振速测量法、频谱分析法和声强法等。(2) 超声波诊断法超声波是频率高于20kHz的声波，它不引起人的听觉反映，它是超声频率的机械振动在弹性介质中的一种传播过程。超声波的产生可以采用机械、热、电动力、磁致伸缩和压电的方法，它的波长很短，近似于直线传播。高频超声波能形成很窄的波束，从而具有定向性。超声波诊断主要用于零件的探伤和侧厚。在探头中由电振荡产生的超声波入射到零件后，若遇到缺陷就会

30、反射、散射和衰减，再经过探头接受后变成电信号，进行放大显示后，通过分析来确定缺陷的部位、大小和性质，并由相应的标准和规范判定缺陷的危害程度。超声波诊断方法主要有：共振法、穿透法、夜浸法等。(3) 声发射诊断法装备零部件的材料和结构在内外力的作用下会产生变形或裂纹，此时装备会以弹性波的形式释放出应变能，这种现象称之为声发射，也称为应力波发射。各种材料声发射的频率范围很宽，从次声频、声频到超声频，但大多数的金属（如钢、铁等）的声发射频带都在超声范围内。声发射诊断是采用声发射探头将声发射源发射的弹性波转变成电信号，然后进行放大和处理，从而得到一些声发射的特征参数，根据这些参数即可推测材料内部声发射源

31、的特征和状态，如果采用多通道系统，还可以确定声发射源，即缺陷的具体部位。声发射诊断具有很高的灵敏性，能够检测到微米数量级的显微裂纹变化。如果采用多通道探头，则可以在一次试验中大面积地诊断出缺陷的分布以及危害性，这是常规无损检测方法所难以做到的。声发射诊断方法主要用于诊断零部件因塑性变形、疲劳、应力和磨损而产生的裂纹及其发展。由上述可以得知，声和噪声诊断法及声发射诊断法具有对被测物可达性要求低，可以遥控检测，测量系统设置迅速的特点；超声波诊断法具有定向性好，测量精度较好的优点。但它们又都具有测量会受到无关噪声干扰，分析结果比较困难的缺点。现代，声诊断技术在机车车辆中得到了广泛的应用和发展，例如轮

32、对的超声波探伤已经成为机车车辆维修中必不可少的诊断程序。3红外线诊断技术红外线是太阳光谱中红光外的不可见光，其波长范围相当宽，为0751000um。红外线诊断技术实质上是红外线测温技术。由于装备发生故障绝大部分都直接或间接与温度的变化有关因此红外线测温技术可以被用来故障诊断。目前，红外线测温仪器很多，有测定温度的，有只对温度场成像的，也有既可成像又可实时显示温度值的。根据用途可将红外线诊断技术分为：红外线测温技术和红外线成像计术。(1) 红外线测温技术由红外线辐射的基本定律可知，被测物体表面的辐射系数为常数时，它的辐射功率与其绝对温度的4次方成正比。因此物体表面温度的检测就变成对其辐射能量的检

33、测，通过红外线辐射能量的测量再经过黑体标定，就能够确定被测物体的温度。红外线测温与传统的接触测温不同，它是非接触测温，而且测温速度快，测温范围宽，灵敏度高，对被测温度场无干扰，可动态测温和远距离测温。(2) 红外线成像技术 红外线成像技术是将被测物体的红外线辐射转换为可见图像，从而使人们的视觉范围扩展到红外线谱段。红外线成像技术分为两类：光机扫描热成像技术(红外线热像仪)和热释电摄像管热成像技术(红外线热电视)。前者将红外线辐射经光学系统聚集到探测器上，并将辐射通量按照时间顺序排列，探测器将红外外线辐射变成电脉冲信号，通过视频信号处理送到显示器显示出热像；后者是将红外线辐射送入热释电摄像管，到

34、达以热释电材料做成的靶面上，释放出热释电流，经处理形成电压信号，视频放大后送人显示器，显示出热像。红外线测温技术除在现代军事上有着广泛的应用外，在国民经济各部门也有着大量的应用。由于它是遥测、遥感的非接触测量方式可用于高温、高压、高电压、高速旋转状态下的各种检测。从20世纪70年代开始，红外线轴温检测技术在我国机车车辆上广泛直用。红外线轴温检测技术是一种不停车一情况下测轴温的技术，利用列车运行中轴箱发射的红外线辐射来发现热轴的故障。在铁路两侧，每隔80 km安装。红外线轴温探测器，红外线探头中的光学系统将机车车辆轴箱的红外线辐射聚集到红外线探测元件上，将其转换为电脉冲信号经过放大处理后进行显示

35、、存储。轴的温度越高，输出的电脉冲信号越大。一旦有热轴信息，就会将热轴所处的车辆位数、位置准确地通知现场。另外，在重要的旅客列车上安装轴温在线监测系统，每个轴箱上均安装了温度传感器，可以采用热敏电阻，把温度信号变成电信号，经处理后显示出轴承的实时温度，实现了列车运行中对轴温的在线监测。新一代的红外线轴温检测和监测装置已经采用微机信号处理技术，对运行中的列车故障信息自动处理，通过多种传输方式将测得的各种数据传输到控号中心或附近车站以及运行的列车上。所测信息全部采用数字显示，能自动识别滚动轴承和滑动轴承，并有计轴计辆装置，一旦检测出危及行车安全的故障，则立即自动报警，以便及时采用措施，防止事故的发

36、生。4润滑油分析技术润滑油分析技术不仅限于对润滑油本身理化性能(如黏度、酸度和水分等)的化验和评定，而更重要是对润滑油内所含韵机械磨屑和其他微粒进行定性和定量测量与分析，从而得到摩擦副的磨损状况及系统污染程度等方面的重要信息。润滑油分析技术除常规化验外，主要有润滑油光谱分析和铁谱分析。(1) 发射光谱分析发射光谱分析是利用物质受高压电(15 kV)激发后，发出特定光谱的性质来判定某种元素是否存在，然后根据这些元素发射出的光谱强度进行定量分析，得出元素的浓度值。这种方法操作简便、分析速度快、测量精度高、灵敏度好。但其缺点是设备(如美国Baird公司的MOA直读发射光谱仪)价格昂贵所得结果不能给出

37、磨屑的外形、尺寸等信息，不能反映磨屑产生的原因。而且这种方法只适用于悬浮在油液中小于10um的磨屑，而对于磨损严重的较大颗粒磨屑则无能为力。吸收光谱分析是将分析油样送人燃烧器雾化，其中各种磨屑微粒被原子化，而处于吸收状态。另外，采用一种能发出不同元素波长的光源（空心阴极灯），当它发出的射线穿过燃烧器的火焰时，就被相应磨屑微粒元素的原子吸收其吸收量正比于该元素的浓度。通过标定就能够准确地测出其浓度值。这种方法的测量精度较高，而且消除了周围环境的干扰。一般说来，这种方法每测量一种元素就需要更换相应的光源，比较麻烦。目前已有双束光、多通道的吸收光谱分析仪，可以一次分析多种元素，而且将油样直接送入燃烧

38、器，克服了原来方法的不足。润滑油光谱分析技卞由于操作简便、分析速度快、测量精度高等优点得到了广泛的应用，我国铁路20世纪80年代曾从美国Baird公司购置了大批的发射光谱分析仪，在各个铁路局均设置了润滑油光谱分析中心(站)润滑油光谱分析技术已经成为机车车辆故障诊断技术的重要手段。(2) 铁谱分析技术铁谱分析技术是利用磁场来分离和诊断润滑油样中的磨屑微粒，从而分析和判断机械装备摩擦副的磨损情况。当油样通过铁谱仪的高强度、大梯度的磁场时，油样中的微粒在谱片上迅速、有序地沉积。沉积的规律受微粒的尺寸、形状、密度、磁化率和油的物理性质等的影响。然后通过光学显微镜、电子显微镜或X射线能谱仪对谱片进行分析

39、，由磨屑的形态、大小、成分、浓度和粒度分布等分析出装备的磨损状况。根据对磨屑分析和处理方法的不同铁谱分析仪之分为：分析式、直读式、气动式、在线式铁谱分析仪等。铁谱分析技术比较简单实用我国自行研制和生产了许多铁谱分析仪，在铁路机车车辆上得到了大量应用。它不但能够分析出磨屑的成分和浓度，而且还能够根据磨屑的形状、颜色和粒度分布等来分析和判定磨损的原因和部位还可在线监测。铁谱分析技术的缺点是只适用于尺寸大于1um的磨屑颗粒分析，对于非磁性材料则无能为力。由上述分析可以看出润滑油光谱分析和铁谱分析技术各有特点，在实际使用中可相互补足。例如光谱分析对0011um的磨粒分析效率最高；而铁谱分析在粒度为11

40、 000 um级时，分析效率可达l00。因此两种技术综合使用，则会增强润滑油分析的诊断范围和深度。5性能趋向诊断性能趋向诊断是通过对性能参数劣化趋势的监测，而对装备进行故障诊断。这种诊断方法已经应用了几十年， 是一种传统的故障诊断方法。性能参数的劣化趋势是指性能参数(例如压力、温度等作为因变数)随另外的参数(例如时间等作为自变数)向坏方向的变化趋势。可以表征性能的主要参数有：长度、质量、时问、电流、温度、光强等；由这些参数推导出的参数：力、压力、功、能量、功率、电荷、电位差、电阻、电容、电感和导热率等；以及由这些参数推导出的函数关系：燃油消耗率、力矩、冲量、流量等。高速动车组常用的诊断技术有：

41、电机、电器的诊断、电子控制设备的诊断，振动诊断，声诊断，红外线诊断，润滑油分析和性能趋向检测等。诊断技术不只包括硬件设备，更重要的是软件系统，特别是人工智能和专家系统。第3章 高速列车走行部的结构原理及典型故障分析3.1 走行部的结构原理与轮对的检测3.1.1 走行部的结构走行部(running gear)是机车车辆及动车组在牵引动力作用下沿线路运行的部分。它是机车车辆结构中重要的部件。铁路车辆发展的初期，载重量小，容积也不大，一般采用二轴车的结构形式，车辆直接安装在车体下方，称为无转向架车辆。随着车辆载重量的增大，一般多采用转向架的结构形式。转向架是将两个及其以上轮对通过专门的构件组成的一个

42、整体部件。1. 作用1) 保证车辆灵活、安全平顺地沿钢轨运行和通过曲线；2) 可靠地承受作用于车辆各种力量并传给钢轨；3) 缓和车辆和钢轨的相互冲击，减少车辆振动，保证足够的运行平稳性和良好的运行质量；4) 具有可靠的制动机构，使车辆具有良好的制动效果。2. 组成由于车辆的用途、运行条件、制造和检修能力等因素的不同，转向架的类型很多，结构各异。一般转向架主要由轮对、侧架和摇枕、轴箱油润装置、弹簧减振装置、基础抽动装置所组成（图3.1）。图3.1 转向架的组成3. 轮对由一根车轴和两个车轮压装成一体。在车辆运行过程中，车轮和车轴之间不容许有相对位移。轮对（图3.2）承受着车辆的全部重量，且在轨道

43、上高速运行时还承受着从车体、钢轨两方面传来的其他各种作用力。轮对的质量直接影响列车运行安全，因此对它的制造、检修均有严格规定。图3.2 轮对铁路车辆用的车轴根据所用的轴承型式，可分为滑动轴承车轴（又称滑动车轴）和滚动轴承车轴（又称滚动车轴）。车轴绝大多数是圆截面实心轴。车轴端部设有螺纹，以便安装紧定型螺母，限制轴承内圈外移。轮座车轴的最粗部分，是压装车轮的地方。轴颈安装轴承，它负担着车辆重量，并传递各方向的静、动载荷。轴身车轴中央部分，该部位受力较小。铁路车辆车轮的结构、形状、尺寸、材质是多种多样的。按其用途可分为客车用、货车用、机车用车轮，按其结构分有整体轮与轮箍轮。轮箍轮又可分为铸钢辐板轮

44、心、辗钢辐板轮心及铸钢辐条轮心的车轮。整体轮按其材质又可分为辗钢轮、铸钢轮等。为降低噪声、减小簧下质量，国外还采用弹性车轮、消音车轮、起皱辐板车轮等新型车轮。无论任何形式车轮，与钢轨直接接触的部分主要是轮缘和踏面。1踏面：是车轮与钢轨头部的接触面。在踏面上设有1：20的斜坡，能使车辆的重心落在线路中心线上，以克服和减轻车辆的蛇行运行，并顺利地通过曲线。2轮缘：是车轮踏面内侧突起的部分。其作用是引导车轮的运行方向，防止车轮脱轨，保证车辆安全运行。3.1.2 轮对的检测与故障诊断轮对是机车走行部重要的部件之一，在运行的机车车辆中，轮对直接受轨道的冲击作用，是工作条件最恶劣的部件，也是机车走行部最容

45、易出故障的部件。轮对部分的故障常常是车辆系统和运行线路系统技术状态发生恶化的原因。轮对故障的基本形式1. 轮对踏面擦伤对于轮对部分来说，车轮的踏面擦伤是系统易发故障。踏面擦伤后不仅使乘坐舒适度恶化、噪声影响铁路沿线，而且还加剧了车辆与轨道之间的冲击振动，甚至产生“砸轨”现象，严重时会导致钢轨断裂；轮、轨间冲击加大后，还会破坏轴承，使轴承保持架折断或损伤滚道和滚子，危及行车的安全。车轮踏面擦伤的形成主要与轴重、车速、制动力及轨面干湿状况有关。主要原因有：(1)列车启动或加速时，闸瓦没有缓解，造成车轮在轨道上滑行。(2)列车制动时制动力不均或过大，闸瓦抱死车轮，使之在轨面上滑行，形成一块或数块擦伤

46、。例如，机车制动机、给气阀作用不良，使制动管压力过高而导致制动力过大；制动机出现故障使列车在紧急制动时，制动快慢不一，制动力不均匀；制动缸活塞行程调整不及时，致使制动力强弱不一；不同车型车辆挂接时，各车辆制动率不同，制动率过高的易发生踏面擦伤。(3)同一轮对车轮直径相差过大。(4)严寒季节轨面上有雨雪、霜冻、油污等，使轮轨黏着系数降低，制动力大于黏着力。2. 车轮轮廓尺寸改变在轮对与钢轨的相互作用下，将使车轮的轮廓产生磨耗，从而改变车轮轮廓尺寸。车轮的轮廓尺寸与车轮内侧距离是列车安全运行的决定性参数。3. 车轮发生裂纹随着列车速度的提高和运行时间的延长，会加速车轮踏面出现裂纹类缺陷。这些缺陷不

47、仅会因为滚动不均匀而降低乘坐舒适度，而且这种缺陷越严重，安全隐患程度就越高。3.2齿轮的检测与故障诊断3.2.1齿轮失效的基本形式一般情况下，常见的齿轮失效形式主要有四种，即断裂、磨料磨损、擦伤以及疲劳剥落。1. 齿轮的疲劳断裂失效齿轮在运行过程中承受载荷，如同悬臂梁，其根部受到脉冲循环的弯曲应力作用。当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展，当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。此外，齿轮在工作中受到严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。当齿轮受到过高的交变周期应力时，也会引起疲劳断裂。2齿轮的磨损失效当齿轮工作面间润滑油不足或油质不清洁，有金属微粒、金属氧化物或其他硬质磨料存在时，会引起磨料磨损。这些外界的硬质微粒开始先嵌入一个工作表面，然后以微粒切削的形式从另一工作表面挖去金属的微小微粒，或在塑性流动下引起齿轮金属表面变形，使齿廓显著改变，侧隙加大，以至于齿厚过度减薄导致断齿。一般情况下，当润滑油料中夹杂有直径30um以上的磨料时，就会在齿轮运行中引起磨料磨损。3. 齿轮的擦伤失效重载和高速的齿轮传动，使齿面工作区温度很高。如润滑条件不好，齿面间的油膜破裂，一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的划痕胶合。新齿轮未经跑合时，常在某一局部产生这种现象