劉繼光

（遼寧（níng）省交通高（gāo）等專科學校，沈陽　110122）

　　摘　要：針對城（chéng）市軌道交通列車進行滾動軸承損傷的早期（qī）檢測與故障診斷，具有重要的意（yì）義。

　　關鍵詞：故障；軸承；診斷；檢測
　　目前，列（liè）車軸承的巡檢和維護是城市軌道交（jiāo）通的運營企（qǐ）業的日常工作之一，但（dàn）是現在的這種製（zhì）度（dù）和方法對於擁有大量列車的企業來說存在著盲目性。因為（wéi）這（zhè）樣所有的列車軸承都需要進行巡檢，對一部分沒有故障的（de）軸承也（yě）會經常性地進（jìn）行巡檢（jiǎn），造成了資（zī）源的嚴重浪費。大量的巡檢工作同時又會造成檢修工作中可能存在的倦怠，從而導致潛在的隱患無法（fǎ）排（pái）查出來，不能夠及（jí）時地發現存在故障的軸承，進而不能及時地（dì）維修，這就會給列車的安全運營帶來極大的安全隱患（huàn）。因此，城市軌道交通列車軸承故障（zhàng）診斷新方法的探索和研究，對於相關的（de）運營企業（yè）極有必要（yào）^[1]。瑞典的SKF公司早在1966年就已經發明了衝擊脈衝儀來檢測軸承，當然這主要受益於快速（sù）傅裏葉變換的發展與應用（yòng）。
　　1　診斷（duàn）中的關鍵問題
　　城市軌道交通列車軸承的典型構造如圖1所示。列車滾動軸承一般（bān）情況下（xià）由保持架、滾動體、外圈和內圈所構成。保持加將軸承中的（de）滾動體等（děng）距離隔開（kāi）；滾動體則是在（zài）內（nèi）圈與外圈滾道上進行滾動；外圈主要起到軸（zhóu）承內外（wài）殼的支撐作用；內圈裝配在軸上與軸一（yī）起旋（xuán）轉（zhuǎn）。

　　實際中（zhōng），Z為常見的列車軸承故障可以分為磨損和損傷兩大類。從這（zhè）兩大類（lèi）故障出發，可以（yǐ）總結出（chū）Z為常見的故障有疲勞剝落、磨損、壓痕、鏽（xiù）蝕、電蝕、斷裂、膠合、保持架（jià）損壞等。反複隨載荷是造成疲勞剝落的主要原理；外部汙物的侵入和滾（gǔn）動體與滾道間的運動是產生磨損的原因；大衝擊力和熱變形是壓痕產生的主因；空氣和水則是鏽蝕（shí）和電蝕（shí）形成的原因；超負荷運轉與自（zì）身材質的缺陷會造成斷裂；超高的溫度會引（yǐn）起膠合；機械故障是保持架損壞的（de）主要原因之一。但不管是（shì）哪類故障（zhàng），在研究過程中都不可避免要解決下麵（miàn）這幾個（gè）問題：
　　1.1滾動軸承上故障信（xìn）號的采集　根據列車軸承的振動機理，利用振動信號所攜帶的信號，來診斷軸承所出現的具體故障。那麽，對於本研究的首（shǒu）要任（rèn）務就是（shì）要采集這樣的故障信號，然後再做下一步的（de）研究和分析^[2]。這個問題的關鍵點在於它是解決之後問題的（de）源頭，隻有把故障信號采集到才（cái）能做後續的工作，所以它的準確（què）性是後續一切工作的保證。
　　1.2選擇合適的頻帶提取故障信（xìn）號的特征　采集到故障振（zhèn）動信號後，就需要（yào）過濾掉噪聲信號（hào），提取出對列車軸承（chéng）故障診斷有用的信號。這就需要選取合適的頻帶信號，從（cóng）而提取出列車軸承的故障信號（hào）的（de）具體（tǐ）特征。分析不同故（gù）障信號（hào）的特性，根據不同特性來選擇適合的頻帶信號對故障信號進（jìn）行噪聲處（chù）理，從而提取出真正想要的有用信號，為故障（zhàng）類型的判斷打下基（jī）礎。
　　1.3由故（gù）障信號的（de）特征判斷故障類型　提取出（chū）列車軸承的故障信號後，通過對信號的特征（zhēng）分析，來對應軸承出現的不同類型的故障（zhàng），諸如外（wài）圈故障、滾珠故障、內圈（quān）故障和混合故障（zhàng）等。區別信號的特征成為判斷故障類型的重點^[3]。每種故障都可（kě）以歸（guī）納出故障信號（hào）的特征，把檢測出的故障信號與典型的故障信號的特征做對比，就（jiù）可以初步判斷出是哪種故障。當然，這也要求前期先（xiān）對外圈故障、滾珠故障、內圈故障（zhàng）和（hé）混合故障等典型故障（zhàng）做（zuò）出信號特征的描（miáo）述，才能實現後（hòu）期故障類型的（de）準確判（pàn）斷。
　　1.4總結（jié）各（gè）類故障的特征信（xìn）號　通過之前的研究進行仿（fǎng）真和試驗，總結出列車軸承可能出現故障的不同種類信號，進一步明確故障信號與故障類型的對應關係，為軸承的維護提供重（chóng）要的保障和參考^[4]。故障特征信號的總結，需（xū）要經過大量的（de）數據采集、對比（bǐ）、實驗，需要把每種信號的特征描述清楚、詳細，這樣才能（néng）為（wéi）後期（qī）的應用提供保障。
　　2　一種研究方法
　　對於列車軸承的故障（zhàng）診斷，國內外都開展了相關（guān）的研究工（gōng）作。通過對這樣研究成果的分析，我們可（kě）以知道，想要準確地診斷出城市軌道交通列車軸承的故（gù）障，那麽必須要掌握軸承的結（jié）構（gòu）。從軸（zhóu）承結構出發（fā），對照出現的主要（yào）故障，再進一步找（zhǎo）到產生的原因。Z重要的是通過這（zhè）個過程（chéng）分（fèn）析出軸承產生故障的特征信號，並把之與軸承的振動機理相結合。在特征信號分析的（de）基礎（chǔ）上，進行不斷地試（shì）驗，尤其要針（zhēn）對城市軌道列車軸承常見的外（wài）圈故障、滾（gǔn）珠故障等進行^[5]。
　　滾動軸承是列車（chē）上較為精密的部件（jiàn），它的使用壽命具有很大的離散性。城市（shì）軌道交通列車上的軸承（chéng）要經常工作在情況（kuàng）比（bǐ）較複（fù）雜的環境（jìng）中，這（zhè）就使軸（zhóu）承產生的故障特征信號傳輸需要一個複雜（zá）的處理過程。外界環境中強磁、強電等的幹擾往往會使真正需要的信息被（bèi）噪聲淹沒，對特征信號的（de）提取造成非常不利（lì）的局麵（miàn）。特（tè）別是一些早（zǎo）期的潛在故障，這些故障信息的信號能量非常小，對於它的采集難度非常大（dà）。同（tóng）時包含故障軸承的信號大多數為（wéi）非平穩信號，之（zhī）前的分析方法（fǎ）多數是利用FFT變（biàn）換來進行提取，但這種方法更適合用於平（píng）穩（wěn）信號的提取（qǔ），對於非（fēi）平穩信號的處理幾（jǐ）乎沒有任何效果。所以，傳統的方法對（duì）於（yú）提取含有（yǒu）故障軸承（chéng）信息的（de）故（gù）障信（xìn）號並不理想，還有可以改進的（de）地方，還需要不斷的（de）研究（jiū）和（hé）完善。
　　這裏針對城市軌道交通列車軸承故障（zhàng）診斷的研究過程，提出一種（zhǒng）方法，如圖2所示。其實，這也是一個針對城市軌道交通列車軸承（chéng）故（gù）障的（de）分析過（guò）程和研究過程。先分析城市軌道列車軸承振動信號的特性，確定其構成的各個部分，弄清（qīng）楚信號源（yuán）；然後針對振動信號通過大量試驗來（lái）選擇合（hé）適（shì）的頻帶，去除幹擾（rǎo）信號，從而得到能夠代（dài）表故障信息的振動信號；根據之（zhī）前得到的振動信號，來判斷（duàn）列車軸承是什麽樣的故障，不同的故障（zhàng）對應不對的振動信號，能夠得出不一（yī）樣的結果；之後就是把有用的信號分離出來，加入（rù）數據庫，為（wéi）列車軸承（chéng）故障的分析和研究打基礎，達到更準確的判（pàn）斷故障類型的目的；總結前期的研（yán）究和（hé）分析的過程，針對列車軸（zhóu）承不同故障的信號特征得出其（qí）與故障類型的準確對應（yīng）關係；Z終目標是根據研究結果構建實際應用，把（bǎ）成（chéng）果應用到城市軌道交（jiāo）通運營企業的實際工作中去。

　　3　結論
　　城市軌道交通列車軸承的故障診斷能夠有效地避免重大事故的發生。對於（yú）目前相（xiàng）關企業所應（yīng）用的方法都在一（yī）定程度上存在缺陷，所以對軸承故障的診斷進行進一步的深入研究很有必要。本文提出了研究中會（huì）遇到的關鍵問題，並（bìng）且探討了一種研究方法，按照這種方法進行詳細地探索和研究，將會得出行之有效（xiào）的診斷方法。
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來源：《價值工程》2015年第（dì）4期