任志勇 王曉元

摘要：大同電力機車有限公司研發(fā)生產(chǎn)的永磁直驅(qū)客運電力機車是世界首臺大功率永磁直驅(qū)電力機車，永磁直驅(qū)客運電力機車具有牽引功率大、模塊集成化高、恒功率范圍寬、全壽命運營成本低等優(yōu)點。軸箱振動試驗是永磁直驅(qū)客運電力機車在空載運行中判斷軸箱是否存在裝配故障以及零部件故障的一項重要指標(biāo)。本文把復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法應(yīng)用到永磁直驅(qū)客運電力機車軸箱振動試驗中，通過振動數(shù)據(jù)采集分析，能夠?qū)S箱振動是否存在故障進(jìn)行有效地判斷。

關(guān)鍵詞：故障診斷;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);軸箱振動;數(shù)據(jù)采集;永磁直驅(qū)

引言

永磁直驅(qū)客運電力機車是世界大功率牽引領(lǐng)域的重要車型之一，永磁直驅(qū)客運電力機車走行部是保證機車運行安全穩(wěn)定的重要組成部分，機車裝有兩臺轉(zhuǎn)向架。一系懸掛采用軸箱兩側(cè)螺旋彈簧配垂向油壓減震器，二系懸掛為高撓螺旋圓彈簧配垂向、橫向油壓減振器。相比較傳統(tǒng)電力機車異步電機傳動方式，永磁直驅(qū)電力機車無齒輪箱和抱軸軸箱，傳動軸作為永磁體充當(dāng)永磁電機轉(zhuǎn)子。

軸箱振動試驗是考量機車是否具備出廠條件的一項重要試驗。廠內(nèi)傳統(tǒng)的試驗方法是在規(guī)定的時間內(nèi)讓機車進(jìn)行空載跑核，軸箱溫升在規(guī)定的跑核時間內(nèi)不會超出試驗大綱規(guī)定的溫度，則認(rèn)為軸箱不存在振動摩擦故障。此方法能夠有效地判斷軸箱是否存在摩擦振動故障，但是機車空載運行時間長，造成人力物力以及能源浪費，不利于公司精益生產(chǎn)。

本文所采用的故障診斷方法是在機車空載運行穩(wěn)定時，對軸箱振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集?；贚abVIEW數(shù)據(jù)采集軟件的開發(fā)，結(jié)合MATLAB應(yīng)用軟件以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，從而有效地得出相應(yīng)的結(jié)論[1]。

1 軸箱數(shù)據(jù)采集

本文為了驗證復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于軸箱振動試驗的可行性，分別采取軸箱振動故障信號數(shù)據(jù)以及軸箱振動正常無故障信號數(shù)據(jù)，通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分別對兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的結(jié)果[2]，結(jié)合傳統(tǒng)軸箱振動試驗方法對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析得到的結(jié)果進(jìn)行驗證。

分別采集軸箱振動三個方向的振動數(shù)據(jù)[3]，不同方位的振動摩擦，導(dǎo)致軸箱三個方向的振動數(shù)據(jù)均可能為故障數(shù)據(jù)。分別對三組數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，可以判斷大致哪個位置存在較為嚴(yán)重的振動摩擦故障。

2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所研究的領(lǐng)域廣泛，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于人際關(guān)系調(diào)查得出的結(jié)論是：世界上只要有7個人相互認(rèn)識，就能通過自己不同的人際關(guān)系讓整個世界所有人際關(guān)系聯(lián)系起來。越來越多的學(xué)者將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于非線性時間序列分析[4]。定義網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點、連邊方式是構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)的工作。顯然人際關(guān)系調(diào)查中單個人就是一個節(jié)點，每個人的不同人際關(guān)系即為連邊方式。通過不同人際關(guān)系以及單個人的節(jié)點構(gòu)造的人類世界即為一個龐大的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點應(yīng)用于非線性時間序列，可以是一個單個數(shù)據(jù)，也可以是一個數(shù)據(jù)段。連邊方式也分為好多種，本文所引用的方法為相空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造[5]。

3仿真正弦信號復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造

對正弦信號應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)造出的圖形如圖2所示，正弦信號呈現(xiàn)周期分布。

4軸箱振動信號的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造

對永磁直驅(qū)客運電力機車進(jìn)行空載跑核，軸1軸箱為無故障軸箱，正常數(shù)據(jù)從軸1采集。軸3軸箱存在軸箱故障，故障數(shù)據(jù)從軸3采集，數(shù)據(jù)采樣時間2分鐘。

如圖3所示：對軸箱1振動數(shù)據(jù)分析，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖形說明軸箱1無振動故障，但是存在正常允許范圍內(nèi)的周期振動，振動幅度小，圖案顏色較淺，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖可以看出圖案有和正弦仿真信號一樣分布規(guī)律。

如圖4所示：對軸箱3振動數(shù)據(jù)分析，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖形說明軸箱3存在故障，振動幅度大，圖案顏色較深，軸箱故障振動信號是周期性振動信號，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖可以看出圖案有和正弦仿真信號一樣分布規(guī)律。

通過圖案顏色可以區(qū)分軸箱正常振動信號和軸箱故障振動信號。

5 軸箱振動試驗的傳統(tǒng)方法驗證

應(yīng)用傳統(tǒng)軸箱振動試驗方法對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行驗證，對永磁直驅(qū)客運電力機車進(jìn)行空載跑核，軸1軸箱為無故障軸箱，軸3軸箱存在軸箱故障，機車跑核時間60分鐘，分別記錄軸1溫升為40度，軸3溫升為86度，說明軸3確實存在較為嚴(yán)重摩擦振動故障，同時驗證了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的正確性與可行性。

6基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)故障診斷的優(yōu)點

如表1所示：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)故障判斷方法較軸箱傳統(tǒng)的故障判斷方法具有較多的優(yōu)點。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)故障判斷方法采集軸箱振動X、Y、Z三路故障數(shù)據(jù)，能夠從三個方向判斷軸箱是否存在振動故障。故障判斷時間由原來的60min縮短至2min，大大減少了資源浪費。同時對軸箱故障采用直觀圖形分析，使得判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確，大大提高了軸箱故障判斷效率。

7 結(jié)語

傳統(tǒng)的軸箱振動檢測方法雖然可靠，但是不易于公司精益生產(chǎn)?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)軸箱振動判斷方法是一種科學(xué)性、可靠性、實用性的監(jiān)測方法，對促進(jìn)公司精益生產(chǎn)具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸春月，王俊元.機械故障診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機械管理開發(fā)，2004（6）：85-86.

[2]基于遞歸復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的滾動軸承故障診斷[J].孫斌，梁超，尚達(dá).振動.測試與診斷.2015（03）.

[3]基于LabVIEW的電液伺服加載試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計[J].侯偉，辛慧娟，張慧，劉凱強，寧朝陽.工業(yè)加熱.2020（12）.

[4]Lacasa L，Luque B，F(xiàn)ernando Ballesteros F，et al，F(xiàn)rom time series to complex networks：The visibility graph[J]Proc.Natl. Acad.Sci. USA，2008，105（13）：4972-4975.

[5]復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論及其應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，汪小帆，李翔，陳關(guān)榮編著，2006.