茍貝書

中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266111

1 轉(zhuǎn)向架軸承故障概述

動車組的故障診斷和維修工作是保證地鐵安全運行的可靠保障。轉(zhuǎn)向架軸承是轉(zhuǎn)向架的重要影響因素之一，其故障診斷尤為重要。由于轉(zhuǎn)向架軸承是轉(zhuǎn)向架的主要部件，如果轉(zhuǎn)向架軸承出現(xiàn)故障，將影響整個機車的正常運行。因此，對轉(zhuǎn)向架軸承的分析是保證機車安全運行的重要環(huán)節(jié)。常見的轉(zhuǎn)向架軸承故障主要是軸承損壞、磨損或軸承內(nèi)大量油污，進而影響軸承的使用。這種情況是造成轉(zhuǎn)向架問題的主要原因[1]。由于長期連續(xù)工作，轉(zhuǎn)向架軸承有一定程度的磨損，長期的磨損導致軸承壞死。

2 常見的軸承振動損傷情況

一般來說，滾動軸承本身不會產(chǎn)生噪音。通常被感覺到的“軸承噪聲”實際上是軸承與周圍結(jié)構(gòu)直接或間接振動的聲音效果。這就是為什么很多時候噪音問題可以被認為是涉及到整個軸承應用的振動問題。常見的軸承振動損傷情況主要有以下幾種：

2.1、局部損壞

軸承滾道和滾動件的小部件可能由于搬運或安裝錯誤而損壞。在運行中，滾動損壞的軸承部件會產(chǎn)生特定的振動頻率。振動頻率分析識別損壞的軸承部件。這一原理已應用于狀態(tài)監(jiān)測設備，以檢測軸承損壞。計算軸承頻率，請參考計算程序“軸承頻率”。

2.2、因加載滾動體數(shù)量變化而產(chǎn)生的激振

當徑向載荷作用于軸承時，承載載荷的滾動元件數(shù)量在運行過程中略有變化，導致載荷方向發(fā)生偏移。由此產(chǎn)生的振動是不可避免的，但可以通過軸向預壓來減輕，并適用于所有的滾動元件（圓柱滾子軸承除外）。

2.3、污染物

雜質(zhì)可能進入軸承，被滾動元件壓碎。產(chǎn)生的振動程度取決于被粉碎粒子的數(shù)量、大小和組成，雖然它不會產(chǎn)生典型的頻率形式，但可以聽到惱人的噪音。

3 轉(zhuǎn)向架軸承幾種不同程度損傷故障振動特性分析

以滾動單元損傷為例，處理從輕微到嚴重的損傷。小斷層為中剝落層，平均深度0.3mm；中間斷層是滾動體的兩個斷層區(qū)（平均深度0.4mm）與沿軸線的非連接槽（深度0.4mm）的疊加；嚴重斷層包括地表3個剝落區(qū)（深度分別為0.5mm、0.4mm、0.3mm）、3個溝槽連通的區(qū)域和滾動體軸線上的溝槽（深度約0.8mm，寬度約1mm）。

圖1、圖2、別為兩種類型的損傷故障軸承的頻譜圖，分別給出了低頻和高頻區(qū)域的故障特征。在圖1（a）中，滾動單元故障頻率為95.21Hz。其他頻率分量為轉(zhuǎn)子柔度軸承的變?nèi)岫日駝宇l率81.54Hz，與實驗軸承無關的多頻。圖1（b）為高頻區(qū)域的故障特征。提出了一組故障頻率為90hz的譜線，該譜線具有一定的規(guī)律性?？汕逦袛喙收项l率和故障類型，并出現(xiàn)中心頻率兩側(cè)。保持架的旋轉(zhuǎn)頻率是直線的間隔[2]。圖2（a）為中度破壞的低譜線。與輕微的滾動單元故障相比，原故障頻率在95.21Hz時消失，新的故障特征頻率為193.85Hz。由于95.21Hz的故障頻率只計算了故障對外圈的沖擊，而忽略了故障對內(nèi)環(huán)對外圈的沖擊，隨著故障的加深，內(nèi)外圈滾動故障引起的沖擊激勵也增強了。

圖1 輕微滾動體故障

從振幅上看，隨著斷層的增大，斷層特征頻率及其倍頻振幅明顯增大；從譜的規(guī)律性來看，斷層加深后的特征頻率規(guī)律弱于早期斷層，譜能量集中在高頻區(qū)域，不能很好地判斷斷層類型，解決了斷層頻率的問題[3]。

以上不同損傷程度對滾動件的研究結(jié)果表明，滾動件早期失效對外圈的影響比內(nèi)環(huán)的影響更容易檢測。發(fā)現(xiàn)故障信號時需要更換軸承，因此在建立故障模型時沒有考慮損傷模型。圓的影響與實際工程是一致的。

軸承外圈、內(nèi)環(huán)及滾動件失效時，頻譜主要集中在中高頻段，以故障特征頻率的7-10階倍頻表示，倍頻幅度的前幾步相對較小。由于外環(huán)的故障位置是固定的，所以故障特征的頻率不進行調(diào)制，可以清晰地分辨出頻譜。內(nèi)環(huán)和滾動件的故障頻率是由故障位置的變化引起的，調(diào)制頻率出現(xiàn)在故障特征頻率的倍頻附近，頻率間隔分別為內(nèi)圈轉(zhuǎn)動頻率和保持架旋轉(zhuǎn)頻率。因此，內(nèi)環(huán)故障譜和滾動單元故障譜包含較多的譜線。在故障早期，特征故障頻率比較容易識別。隨著故障的加深，頻譜更加雜亂，故障頻率和故障類型難以判斷。