【摘要】本论文对实现轴承状态监测和故障诊断方法的研究：对机车走行部滚动轴承的振动信号的主要分析方法进行了说明；介绍了机车走行部滚动轴承的故障类型并开发了一套以labview为开发平台，基于共振解调技术的故障信号分析处理技术的故障诊断系统，能够准确判断滚动轴承的故障及其发生的位置。本文的研究内容主要包括振动信号的采集、信号分析与处理、故障诊断三个内容。

【关键词】滚动轴承；共振解调；故障诊断；labview

机车长时间运行在恶劣的环境中，走行部载重轴承的滚动工作面会出现裂纹、凹痕、碰伤、剥离、电蚀、锈蚀，甚至出现破碎和缺损等故障， 从而引起机械的剧烈振动和频繁冲击。这些轴承故障的扩大，可能造成机车破损事故，严重危及行车安全。为此，根据滚动轴承的运行规律及其振动机理分析故障产生的根源，找出轴承故障诊断的方法，对机车走行部的轴承实行状态监测，确保机车安全可靠运行意义重大。在振动信号的诊断方法中，信号处理技术是诊断的关键。诊断设备的流程可以分为数据采集、信号处理和故障诊断三个阶段。在了解研究对象故障特点的基础上，设计系统的整体方案。

1.机车滚动轴承故障监测和诊断系统基本思路

当滚动轴承出现不同类型和部位的故障时，采用振动分析法，在频谱分析中可以看出其振动频率的结构组成不同点，通过监测滚动轴承振动时域信号可以达到实时监测得目的，通过振动信号的频谱图的分析可以诊断出故障的部位，最终达到在线监测和故障诊断的目的。

本系统的基本思路为：利用传感器采集轴承的振动信号，把真实的振动信号转换成电信号，由于传感器输出的电信号通常很微弱，并伴有噪声，因此需要经过信号调理装置对其进行必要的调理。信号调理装置的功能一般有：放大、隔离、多路复用、滤波、激励和线性化等。然后通过信号采集设备将信号传送到个人计算机，再通过计算机上的故障诊断系统对振动信号进行分析处理，以达到监测和诊断的目的。

2.基于LabVIEW的系统软件实现部分

本文利用LABVIEW实现系统的功能要求。整个系统分为五个功能模块，它们分别是数据采集模块、时域分析模块、共振解调模块和故障特征频率模块。

2.1数据采集模块。数据采集模块主要用于滚动轴承振动信号的采集，波形的存储和回放，同时还可以产生仿真信号，在不连接硬件的情况下也可以操作本系统。笔者设计的系统可以完成多通道数据采集及存储，分析某一通道的信号时只需根据系统的通道选择即可。本模块功能的实现应用的是LABVIEW中的tdms文件的存储及读取，此外在信号回放时，还可以进行播放速度的选择。

2.2时域分析模块。时域波形反映信号的幅值随着时间变化而变化的关系。时域波形直观、易于观察，轴承故障的时域诊断的最大优势是不依赖设备转速与轴承的技术参数。时域分析模块包括各个时域统计指标，还有各种滤波后的信号，自相关分析。

2.3共振解调模块。共振解调信号处理模块：原始时域振动信号首先经过一个去均值处理后再经过一个带通滤波函数进入包络检波；包络检波模块使用Hilbert解调，包括两个函数，一个Hilbert变化函数和一个直角坐标至极坐标变换函数，完成的运算是实信号和其Hilbert变换构成解调信号；接着经过一个低通滤波器进行信号分离；最后作自功率谱分析。带通和低通滤波器的参数、功率谱参数等都可以通过前面板进行调整。

2.4时频分析模块。时频分析模块采用的是希尔伯特黄变换，编写此程序的过程包括求解局部均值、求解信号包络、求解IMF、终止条件判断、求出所有的IMF。

2.5故障特征频率模块。为了方便用户进行故障诊断，本系统设置了故障特征频率模块，省去了用户手动计算的麻烦，能够快速得出故障特征频率。故障特征频率计算模块还采用了属性节点，选定轴承类型以后，接触角就已经固定，不能进行修改，可以避免误操作。

3.系统测试实验

本系统的软件调试基本完成，但是它的实际运行情况和诊断故障的能力还有待验证，因此我们按照规范的步骤对系统进行了测试。

3.1测试实验系统组成。我们采用试验台提供的振动信号来进行测试，本次测试实验的测试对象选用转子振动试验台，传感器采用IEPE压电式加速度传感器，数据采集与信号调理模块采用cDAQ9172机箱和NI9233加速度模块，并结合笔记本电脑，组成一套完整的信号采集与信号分析系统。

3.2实验过程与结论。转子振动试验台能够提供振动信号，测试系统共安装2个加速度传感器，利用磁铁吸合在振动台上，分别测量水平和垂直两个方向的加速度信号。经过传感器采集的加速度传感器信号与NI9233模块的a2和a3通道相连。经过分析，我们可以得出该振动信号包含的主要频率为100Hz和1000Hz，虽然可能结果不够精确，但是还是能大致判断信号的频率范围，能够实现信号的分析，诊断轴承故障。

4.结论和展望

4.1结论。（1）研究分析了轴承的故障机理和常见轴承故障分析技术的相关理论知识，对常见的故障诊断方法进行了总结，并经过介绍对比发现共振解调技术对于分析滚动轴承的故障起到了较好的效果。（2）根据滚动轴承故障诊断的特点，配置了相关的硬件，包括传感器，数据采集卡的选用。（3）利用LABVIEW开发出了机车走行部滚动轴承的故障诊断平台，不仅能够进行共振解调分析，还设计了时域分析和时频分析，使得故障诊断更加精确。此外还包括数据采集模块和故障特征频率模块。

4.2展望。本文在研究了机车走行部滚动轴承振动机理和故障特征的基础上，运用共振解调技术，成功地诊断了滚动轴承故障，取得了一些阶段性的成果，但是还有很多问题有待进一步的研究解决，主要包括：（1）建立数据库如果用于工程上的轴承的故障诊断，每日需要大量数据存储，需要建立专门数据库进行数据的整理是非常必要的。（2）提供更多的信号分析方法如小波变换等都可用于轴承故障诊断，丰富监测和诊断的手段。（3）滚动轴承发生故障，往往会引发多种故障同时发生，因此研究多种故障并存的故障诊断具有更好的现实意义。