地鐵列車車軸軸承振動檢測分析

孫志懷 薛超飛

【摘? 要】地鐵列車車軸軸承是地鐵走行部重要部件，振動頻譜分析是其狀態(tài)監(jiān)測的有力工具。SKF是目前國內(nèi)地鐵車軸常用軸承品牌，本次檢測依托SKF公司相關技術(shù)，通過對軸承振動進行檢測，從而檢測軸承存在的早期損傷，提前預警故障，防止突發(fā)性事故發(fā)生。

【關鍵詞】地鐵車軸;SKF軸承;振動檢測;頻譜分析

1.概述

振動頻譜分析是狀態(tài)監(jiān)測的有力工具，然而在機器的關鍵信息（如軸承型號和生產(chǎn)廠家、聯(lián)軸器類型、齒輪齒數(shù)等）和轉(zhuǎn)速未知，以及設備維修歷史未知的情況下，將會大大削弱頻譜分析的準確性，甚至可能導致錯誤的結(jié)果。且傳統(tǒng)的振動頻譜分析方法是基于0～2kHz的較低頻率范圍，它通常用來監(jiān)測如下的機械故障：如不平衡、不對中、松動，軸彎等。只有在軸承發(fā)生嚴重損傷時，傳統(tǒng)的方法才能監(jiān)測到。

本次檢測采用SKF加速度包絡技術(shù)，此技術(shù)加強了重復出現(xiàn)的高頻瞬態(tài)畸變小信號的能量。將SKF加速度包絡檢測技術(shù)與傳統(tǒng)頻譜分析技術(shù)結(jié)合，能及時監(jiān)測到軸承存在的早期損傷及潤滑問題，從而可以大大提前機器的故障預警期，延長軸承的使用壽命，并防止突發(fā)性的停機事故的發(fā)生。

2.測試條件

（1）測試儀器及軟件。數(shù)據(jù)采集器：SKF數(shù)據(jù)采集分析儀Microlog。振動傳感器：SKF加速度傳感器CMSS2200。分析軟件：@ptitudeAnalyst。

（2）對西安地鐵4#線0419車軸箱軸承座按20km/h和60km/h車速下離線采集的振動數(shù)據(jù)進行的分析診斷，數(shù)據(jù)采集點位置如下：

3.振動頻譜分析

本測試基于在測試車速約20km/h（2.1Hz）和60km/h（6.29HZ）的工況下采集的離線振動數(shù)據(jù)分析得出的。軸承BC2-0111的軸承缺陷特征頻率基頻分別是：外圈：6.71XHz;內(nèi)圈：9.29XHz;滾子：3.02XHz;保持架：0.42XHz。

在車速20km/h（2.1Hz）情況下，此時的軸承缺陷特征頻率分別是：外圈：14.07Hz;內(nèi)圈：19.51Hz;滾子：6.34Hz;保持架：0.84Hz。詳細分析如下：

如圖 3 所示，是軸承座上垂直方向速度頻譜圖，速度頻譜內(nèi)存在倍次較高的轉(zhuǎn)頻諧波頻率（約 2.1 Hz），振動幅值較高，達到 17.16mm/s。

如圖 4、圖 5 所示，是軸承座上垂直方向包絡頻譜圖，包絡頻譜中同樣存在轉(zhuǎn)頻諧波頻率，未發(fā)現(xiàn)軸承特征頻率，包絡總值 2.3gE。

同樣，在軸承座水平方向和軸向上，速度頻譜圖中也表現(xiàn)出轉(zhuǎn)頻諧波，但振動值相對垂直方向要低許多，如圖 6 和圖 7，水平方向振動值 3.945mm/sec，軸向振動值 4mm/sec。加速度包絡頻譜中也表現(xiàn)出轉(zhuǎn)頻諧波，未發(fā)現(xiàn)軸承缺陷特征頻率，

如圖 8 和圖 9，水平方向包絡值 2.4gE，軸向包絡值 2.5gE。在各方向的振動值對比中，垂直方向振動速度總值要遠遠大于水平和軸向，包絡總值各方向相差不大。

在車速 60km/h（6.29Hz）情況下，此時的軸承缺陷特征頻率分別是： 外圈：42.21 Hz ;內(nèi)圈：58.43 Hz ;滾子：18.99Hz ;保持架：2.64 Hz。詳細分析如下：

如圖 10 所示，是去程時的軸承座上垂直方向振動速度頻譜圖，速度頻譜內(nèi)存在轉(zhuǎn)頻諧波，其中約 10 倍轉(zhuǎn)頻峰值最突出，振動幅值非常高，振動總值達到124.4mm/s。

如圖 11 所示，是去程時軸承座上垂直方向包絡頻譜圖，包絡頻譜中 1 倍轉(zhuǎn)頻峰值偏高，但未發(fā)現(xiàn)軸承特征頻率，包絡總值 15.35gE。

同樣，在返程時下的振動速度頻譜和加速度包絡頻譜與去程時表現(xiàn)基本一樣，速度頻譜圖中 10 倍和 11 倍轉(zhuǎn)頻峰值突出，速度總值達到 138.2mm/sec。包絡頻譜中 1 倍及 2、3 倍轉(zhuǎn)頻峰值明顯，未發(fā)現(xiàn)明顯軸承缺陷特征頻率，包絡總值24.76gE。如圖 12 和圖 13。

綜上分析，軸承座速度頻譜及包絡頻譜中都存在明顯的轉(zhuǎn)頻諧波頻率，隨著車速升高，測點振動總值也會成倍升高，其中速度頻譜中 10 倍、11 倍轉(zhuǎn)頻附近的峰值異常突出。垂直方向振動總值遠大于水平及軸向振動總值。包絡頻譜中僅在 1 倍轉(zhuǎn)頻峰值表現(xiàn)明顯，有時 2 倍和 3 倍轉(zhuǎn)頻峰值也明顯。根據(jù)以上頻譜特征判斷，該設備存在明顯的松動特征故障。

4.結(jié)論及建議

該設備存在明顯的松動故障，建議檢查車輪、軸箱等相關零部件有無裝配松動問題。檢查軸箱軸承是否存在配合不良現(xiàn)象，如軸承定位異常、軸承游隙過大、軸承跑圈等現(xiàn)象。 如果該松動故障不處理并持續(xù)運行，可能會給軸承帶來損傷影響。

參考文獻

[1]李威，張陸軍，張志福，馬興宇，宗立明地鐵車輛軸承故障的在線檢測[J]，現(xiàn)代城市軌道交通，2019， （12），16-21

[2]伍鐵軍 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷方法分析研究[J]，數(shù)字化用戶，2017， 23（31），91

[3]劉建強，趙東明，趙楠 一種改進的地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷方法[J]，鐵道學報，2018， 40（11），55-61

[4]馮自立，趙娟 振動檢測在軌道車輛齒輪箱故障監(jiān)測的應用研究[J]，機械工程師，2019（01），170-172

作者簡介：孫志懷（1979.2-），男，漢族，黑龍江伊春人，碩士研究生，高級工程師，研究方向為軌道車輛。

薛超飛（1989.12-），男，漢族，河南寶豐人，碩士，工程師，研究方向為軌道交通。

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