铁路货车轴承故障声发射信号的小波分析处理
赵转哲，李盂源
(河南科学大学 机电工程学院，河南 洛阳471003)
摘 要：将声发射技术用于铁路货车轴承故障信号的采集，用小波分析进行带通滤波，从而减少了背景噪声和其他工况的干扰，成功地将正常轴承与故障轴承区分出来。
关键词：滚动轴承；故障；信号；声发射；tb波分析；滤波
中图分类号：TH133.33；TN911.6 文献标识码：B 文章编号：1000-3762(2005)03-0030-02
声发射技术是20世纪60年代发展的一种新型的动态无损检测技术，已广泛用于诊断材料或构件内部损伤。小波分析是一种全新概念的数字信号处理工具，提供了强有力的信噪分离手段。本文利用这两种技术的优点，使二者结合起来，将声发射技术用于铁路货车轴承的故障信号采集，继而用小波分析对信号加以滤波处理，为后续频谱分析奠定良好基础。
1 滚动轴承的声发射信号机理及特点
材料受外力或内力作用产生变形或断裂，应力波形式释放出应力应变能的现象[1]称为声发射。用仪器检测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源状况正常与否的技术称为声发射技术[2]。滚动轴承在运行中出现的故障可分为两类[2]：一类是表面损伤类故障，另一类是磨损故障。从物理上讲，金属材料由于内部晶格的错位、晶界滑移或者由于内部裂纹的发生和发展，均会释放应变能量和短暂的弹性应力波，即声发射现象。例如，轴承的磨损类损伤，这种故障在初期阶段，金属晶格发生弹性扭曲；当弹性应力达到临界值后，开始出现微观裂纹；微观裂纹进一步扩展，就会在轴承的滚动体和内、外圈滚道上出现麻点、剥落等疲劳损坏故障。有故障的部位(如滚动体)与其他部位(如保持架，内、外滚道)在运动过程中的相互摩擦和碰撞，又会导致声发射现象。所以，声发射信号是故障的载体，通过分析和处理拾取到的滚动轴承声发射信号，可判断出不同类型的故障。
本文以铁路货车轴承的滚动体损伤为例，采用AE-98/R14声发射传感器进行测试。由于检测时所用的大都是运行过较长时问的轴承，采集的信号频带范围较宽，除有反映轴承本身的故障信息外，还有大量的背景噪声。常用的滤波方法很难取得满意效果，故采用小波变换，进行带通滤波。
