電力機(jī)車走行部軸承齒輪檢測裝置適應(yīng)性改進(jìn)

朱高嶺

(北京鐵路局 豐臺(tái)機(jī)務(wù)段, 北京 100071)

電力機(jī)車走行部軸承齒輪檢測裝置適應(yīng)性改進(jìn)

朱高嶺

(北京鐵路局 豐臺(tái)機(jī)務(wù)段, 北京 100071)

針對(duì)HXD3型機(jī)車的結(jié)構(gòu)及軸承參數(shù)特點(diǎn)，對(duì)原有鐵路機(jī)車軸承齒輪故障地面診斷系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使得HXD3系列電力機(jī)車在不升弓條件下，能夠獨(dú)立頂升機(jī)車單組輪對(duì)、驅(qū)動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了HXD3系列電力機(jī)車走行部軸承的檢測。

電力機(jī)車； 軸承檢測； 裝置改進(jìn)

為提高機(jī)車走行部的技術(shù)質(zhì)量狀態(tài)，保證機(jī)車的運(yùn)用安全，按照中國鐵路總公司和鐵路局對(duì)機(jī)車檢修工作的要求，必須對(duì)機(jī)車走行部軸承進(jìn)行檢測。HXD3系列電力機(jī)車采用交流牽引電動(dòng)機(jī)，機(jī)車走行部的軸箱、牽引電動(dòng)機(jī)、抱軸箱軸承均采用進(jìn)口軸承,機(jī)械傳動(dòng)采用單邊斜齒方式傳動(dòng)，其軸承設(shè)計(jì)和機(jī)械傳動(dòng)模式與現(xiàn)有其他型號(hào)的電力機(jī)車有一定的差異，需要對(duì)既有鐵路機(jī)車軸承齒輪故障地面診斷系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，才能滿足HXD3系列電力機(jī)車走行部軸承檢測的需求。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 現(xiàn)場調(diào)研

現(xiàn)場調(diào)研了HXD3系列電力機(jī)車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、走行部轉(zhuǎn)向架及軸承齒輪構(gòu)架等技術(shù)性參數(shù)；了解HXD3系列電力機(jī)車近年來走行部軸承故障的原因；根據(jù)HXD3的特點(diǎn)以及檢測需求，進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)整體方案設(shè)計(jì)。

1.2 總體方案

鐵路機(jī)車軸承齒輪故障地面診斷系統(tǒng)頂輪檢測裝置的基本原理如圖1所示。

圖1 軸承檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其中：機(jī)車輪對(duì)交流驅(qū)動(dòng)電源裝置主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)車交流牽引電機(jī)，推動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)以獲得適合診斷條件的轉(zhuǎn)速；電動(dòng)液壓輪對(duì)頂升裝置負(fù)責(zé)安全頂起機(jī)車單組輪對(duì)；檢測診斷系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)機(jī)車軸承齒輪沖擊信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集，對(duì)故障沖擊信號(hào)進(jìn)行分析及主動(dòng)診斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)瀏覽、沖擊校準(zhǔn)、儀器自校、系統(tǒng)設(shè)置等功能；地面分析管理專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下載數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、細(xì)化分析、趨勢跟蹤、系統(tǒng)管理等功能。

改進(jìn)工作依據(jù)HXD3系列機(jī)車特點(diǎn)也分為電動(dòng)液壓輪對(duì)頂升裝置、檢測診斷系統(tǒng)、機(jī)車輪對(duì)交流驅(qū)動(dòng)電源裝置、地面分析管理專家系統(tǒng)4大部分。

2 方案實(shí)施

2.1 電動(dòng)液壓頂升裝置

頂升裝置由液壓系統(tǒng)、車體、輔助件3大部分組成(如圖2)，采用單相交流電作為動(dòng)力電源，是機(jī)車走行部檢測系統(tǒng)中配套的專用設(shè)備，可按需實(shí)現(xiàn)對(duì)軸箱軸承的安全頂升和單組輪對(duì)的頂升。在頂輪鎖緊油缸設(shè)計(jì)時(shí)，從結(jié)構(gòu)上避免輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中由于液壓泄漏導(dǎo)致的輪軌磨耗等不安全因素。為適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境，合理設(shè)定了裝置重心，便于單人推行，選用了丁醛橡膠車輪。

圖2 電動(dòng)液壓頂升裝置

2.2 檢測診斷系統(tǒng)

通過對(duì)HXD3系列機(jī)車機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及軸承參數(shù)的分析，原診斷模塊中的相關(guān)參數(shù)與判據(jù)已不能適用HXD3機(jī)車的正確診斷，因此須在主機(jī)軟件與地面軟件中對(duì)診斷模塊進(jìn)行修改。

(1)主機(jī)軟件：主機(jī)軟件中測點(diǎn)位置與軸承類系列是一一對(duì)應(yīng)的，即改變了測點(diǎn)位置，其軸承類系列也將改變。考慮HXD3系列機(jī)車采用了不同電機(jī)、軸承的特殊性，需要通過軟件配置修改完成。主要修改更新內(nèi)容如下：

①新增車系列代碼“6”來表征HXD3的特有結(jié)構(gòu)與檢測方式。

②由于原主機(jī)軟件的運(yùn)行環(huán)境是DOS系統(tǒng)，故數(shù)據(jù)量的增大帶來了程序內(nèi)存空間不足問題。為此，采用“動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)與釋放”技術(shù)，對(duì)DOS環(huán)境下的內(nèi)存使用進(jìn)行優(yōu)化，解決程序內(nèi)存不足而導(dǎo)致的溢出問題。

③對(duì)軸承參數(shù)、車系列庫配置參數(shù)、檢測設(shè)置參數(shù)等，使用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化編程手段，對(duì)變量的使用與配置文件的讀取方法進(jìn)行有效優(yōu)化，節(jié)省內(nèi)存使用，提高程序的運(yùn)用效率；

④對(duì)轉(zhuǎn)速測量、數(shù)據(jù)采集、診斷結(jié)果顯示子模塊，均需要進(jìn)行適應(yīng)性修改。

(2)地面軟件：在地面軟件中，除上述對(duì)診斷模塊需要進(jìn)行相應(yīng)修改外，還針對(duì)采樣數(shù)據(jù)量增大一倍所帶來的影響，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與存貯、數(shù)據(jù)顯示等方面也同樣進(jìn)行適應(yīng)性修改。

2.3 機(jī)車輪對(duì)交流驅(qū)動(dòng)電源裝置

驅(qū)動(dòng)電源采用了變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)，調(diào)速單元由變頻調(diào)速裝置+電氣控制+保護(hù)電路組成。通過控制按鈕及開關(guān)，控制內(nèi)部變頻器的啟動(dòng)，輸出、停止，同時(shí)提供電源裝置的狀態(tài)監(jiān)控，報(bào)告各種指示燈以及監(jiān)測儀表，實(shí)現(xiàn)HXD3系列機(jī)車大功率交流牽引電機(jī)在不升弓條件下的驅(qū)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并對(duì)輸出頻率、電壓、電流實(shí)施監(jiān)控及故障保護(hù)。

2.4 地面分析管理專家系統(tǒng)

通過合適的模擬故障測試手段，進(jìn)行該系列車型的故障模擬診斷，并通過實(shí)際現(xiàn)場數(shù)據(jù)的反饋，修正故障報(bào)警門限值，優(yōu)化既有地面專家系統(tǒng)。

目前，可根據(jù)被檢測軸承的相關(guān)幾何參數(shù)和軸承轉(zhuǎn)速，計(jì)算出各種故障的信號(hào)特征，從而使故障診斷能夠準(zhǔn)確到軸承的各個(gè)部位(保持架、外圈的內(nèi)滾道、內(nèi)圈的外滾道、滾子、油脂狀況等)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)判斷。

2.5 主機(jī)改進(jìn)

根據(jù)HXD3系列機(jī)車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)診斷主機(jī)進(jìn)行了以下改進(jìn)：

①轉(zhuǎn)速倍頻設(shè)計(jì)改進(jìn)：結(jié)合HXD3系列機(jī)車的特性，原200 FN采樣頻率過小，已經(jīng)無法滿足采樣需求。通過對(duì)原電路進(jìn)行改進(jìn)，更改為400 FN跟蹤采樣。

②AD采樣的改進(jìn)設(shè)計(jì)：進(jìn)行采樣時(shí)鐘控制及抗混時(shí)鐘控制，提升采樣頻率，加強(qiáng)對(duì)采集沖擊信息的處理。

③手動(dòng)輸入控制，增加手動(dòng)輸入時(shí)采樣時(shí)鐘和抗混時(shí)鐘的控制，改變?cè)潭l率輸出的方式，提高對(duì)HXD3系列高速軸承在手動(dòng)輸入轉(zhuǎn)速條件下的信號(hào)處理。

2.6 磁吸式傳感器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)新式磁吸式傳感器，提高傳感器抗干擾能力和沖擊靈敏度，減小組裝工藝的困難。該傳感器應(yīng)用共振解調(diào)技術(shù)，具有電子諧振作用，只對(duì)故障沖擊信息敏感，具有比較好的信息選擇性。磁吸式壓電傳感器采用合理可靠的屏蔽和接地處理手段，提高傳感器系統(tǒng)的抗干擾能力；同時(shí)采用一體式的磁吸式底座，減少因添加其他墊座，導(dǎo)致信號(hào)傳遞過程中的衰弱，提升對(duì)信號(hào)提取采集的準(zhǔn)確性。

3 應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 測點(diǎn)選擇

測點(diǎn)要選擇在信息最佳傳遞的通道上(如圖3所示)，避免在非承載區(qū)、過氣縫、焊點(diǎn)等處選點(diǎn)。選擇好檢測點(diǎn)后，用鉸磨機(jī)在檢測點(diǎn)加工一個(gè)直徑不小于20 mm的平面，平面要盡可能平整，以防止信息的衰減。

3.2 通道設(shè)置

設(shè)置儀器所對(duì)應(yīng)的8個(gè)測試通道是否使用(如圖4所示)及所接傳感器的測點(diǎn)位置。若設(shè)置錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)診或漏診。測點(diǎn)位置與軸承類系列是一一對(duì)應(yīng)的，即改變了測點(diǎn)位置，其軸承類系列也將改變。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行

安置好傳感器，接通計(jì)算機(jī)、信號(hào)采集器，開啟電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，通過相關(guān)的機(jī)車控制回路使電機(jī)得電驅(qū)動(dòng)輪對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)，車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到40 km/h以上或更高且相對(duì)平穩(wěn)后，再進(jìn)入“數(shù)據(jù)采集”菜單采集數(shù)據(jù)，使受檢輪對(duì)進(jìn)行檢測，直到檢測結(jié)束(如圖5所示)。該圖反映了3軸齒端電機(jī)軸承中有滾子端面與外環(huán)擋邊間隙消失的故障情況。

圖3 測點(diǎn)實(shí)例

圖4 系統(tǒng)通道位置設(shè)定

圖5 檢測數(shù)據(jù)顯示

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)測試試驗(yàn)，該裝置能夠完成對(duì)HXD3系列電力機(jī)車頂輪檢測的要求。首先，電動(dòng)液壓輪對(duì)頂升裝置，實(shí)現(xiàn)了單組輪對(duì)的安全頂升；機(jī)車輪對(duì)交流驅(qū)動(dòng)電源裝置，實(shí)現(xiàn)了HXD3系列機(jī)車大功率交流牽引電機(jī)在不升弓條件下的驅(qū)動(dòng)。其次，檢測診斷系統(tǒng)有效采集各軸承位置的沖擊信號(hào)，對(duì)沖擊信號(hào)進(jìn)行共振解調(diào)，綜合主動(dòng)診斷，提示相應(yīng)的診斷結(jié)論，能夠有效檢測走行部軸承的動(dòng)態(tài)狀況。

4 結(jié) 論

目前豐臺(tái)機(jī)務(wù)段已成功檢測HXD3系列電力機(jī)車走行部軸承修程機(jī)車36臺(tái)，其中HXD3-0297機(jī)車在檢測時(shí)，曾發(fā)生3軸齒端電機(jī)位軸承出現(xiàn)多次一級(jí)報(bào)警，經(jīng)拆檢后發(fā)現(xiàn)該位軸承滾子端面存在擦傷，工作人員及時(shí)進(jìn)行了處理，使該臺(tái)機(jī)車在上線前消除了安全隱患，避免了事故發(fā)生。經(jīng)實(shí)際運(yùn)用證明，該檢測裝置能夠完成對(duì)HXD3系列機(jī)車走行部軸承的檢測。電動(dòng)液壓輪對(duì)頂升裝置及相關(guān)卡具的應(yīng)用，改變了原有頂輪采用手動(dòng)千斤頂?shù)姆绞剑档土爽F(xiàn)場工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度；主機(jī)軟件及地面分析系統(tǒng)采用專用微機(jī)下載分析數(shù)據(jù)，使界面簡潔實(shí)用，便于現(xiàn)場職工掌握。檢測診斷系統(tǒng)可對(duì)沖擊信號(hào)進(jìn)行共振解調(diào)、提示相應(yīng)診斷結(jié)論，對(duì)滿足現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用需求，保證機(jī)車的運(yùn)用安全創(chuàng)造了條件。

[1] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 中華人民共和國鐵道部.電力機(jī)車段修技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[3] 劉兆平.孫樹銘.科技查新報(bào)告[Z].鐵道部科學(xué)技術(shù)信息研究所，2011.

The Structure Design of the HXD3 Series Electric Locomotive Lifting Wheel Detection Device

ZHUGaoling

(Fengtai Locomotive Depot, Beijing Railway Bureau, Beijing 100071, China)

The structure and parameter of the bearing characteristics for HXD3 locomotive, the original railway locomotive bearing fault diagnosis system for the gear ground foundation, is put forward according to the improved structure and design, make HXD3 series electric locomotive without pantographing condition, can be independent lifting locomotive wheel set, the driving wheel set rotation, the realization of HXD3 locomotive bearing fault impact information collection, and then reach according to the existing locomotive maintenance detection related technical standards, complete detection for bearing of HXD3 series electric locomotive, to eliminate potential safety problems.

electric locomotive; detection device; structure design

1008-7842 (2015) 06-0120-03

)男，工程師(

2015-06-11)

U264.8.331+2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.31