随着轨道交通产业的飞速发展，动力机车对冷却塔装置质量监测的要求也随之提升。本文以动力机车冷却塔为研究对象，针对传统的冷却塔手持式振动测试方式存在的记录数据繁琐、分析和处理数据不便、不能实时监测冷却塔的振动状况和不能实现冷却塔的故障诊断等问题，提出以工控机为核心的振动监测与故障诊断测试台的设计方案，实现对冷却塔振动状况的在线实时监测和离线故障诊断。针对冷却塔在动力机车上工作频率为60Hz的运行环境和出厂试验时对质量测试更严格的要求，本文提出冷却塔10-60Hz频率范围内的变频和定频测试新方法，它是由振动信号是否超标来判定冷却塔质量状况，并根据超标振动数据分析出冷却塔故障类型。本文在分析冷却塔振动机理和研究振动测试方法的基础上，提出由工控机、PLC控制器、变频器等组成的硬件测试平台和基于LabVIEW的冷却塔振动监测与故障诊断软件系统的设计方案。在测试台硬件上实现数据采集系统、变频电源系统、PLC控制系统及各模块的选型、硬件结构组成和电路设计。测试台软件系统功能包括用户登录管理、数据分析处理、数据存储查询、打印报表、参数设置、系统控制等。针对冷却塔振动信号非平稳时变性的特点，本文在比较快速傅里叶变换谱分析、短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布、连续小波变换、希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transformation, HHT)在处理非平稳时变信号的基础上，提出基于希尔伯特黄变换的冷却塔振动信号时频分析方法，在LabVIEW环境下实现了冷却塔振动信号的重构滤波、时频联合分析和典型故障诊断。针对冷却塔支架座不平衡、风机转子动不平衡和驱动电机轴承故障三类典型故障的特点，通过离线分析超限振动数据的故障特征频率，从边际谱和时频图中分析出典型故障类型。从测试台投入现场稳定运行半年的大量试验结果表明，本文所提出的振动测试系统的设计方案是合理可行的，能够完成对冷却塔的功能测试，振动监测和故障分析的实验结果准确合理。