8G型电力机车牵引电机轴承故障的振动诊断

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:3

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摘要：介绍了采用振动诊断技术，对机车牵引电机轴承故障进行动态检测的方法。利用简易诊断法可判断电机轴承有无异常，而精密诊断法则进一步判断电机轴承发生故障的部位，借助诊断分析系统，对所测信号进行频谱分析，根据电机轴承不同部位故障的特征频率，确定故障程度和部位，以便及时采取防范措施。
关键词：电力机车；牵引电机；轴承故障；振动诊断

1 电机轴承状态监测与故障诊断概述

牵引电机是电力机车产生牵引力的主要部件，其工作状态的良好与否，直接影响着电力机车的正常运转。苏制8G型电力机车牵引电机轴承采用的是标准的滚动轴承，由于异物进入、油润不良、安装质量不高、受过载冲击及长期使用等因素，都可能造成滚动轴承出现磨损、压痕、胶合、点蚀、裂纹、内套弛缓等损坏现象，如不能及时发现故障隐患，必将影响机车的正常运行，严重的将会造成机车破损，请求救援，给运输生产造成重大损失。因此，对轴承进行状态监测和故障诊断的研究引起越来越广泛的重视。

8G机车牵引电机轴承由于缺乏动态检测设备，目前只能靠测量静态尺寸来判断轴承的质量。实践证明，仅仅依靠静态手段来检测单件轴承的质量是不够的。因为轴承质量是在电机运转中表现出来的一种综合性动态特性，必须进行动态检测才能全面准确地评价轴承的质量。

轴承精度可通过静态几何检测进行判断。但基本尺寸及旋转精度的综合质量即运转状态，必须在轴承以一定转速及载荷下旋转时才能反映出来，这就需要对单件轴承进行动态检测。轴承故障的诊断是机械故障诊断技术的重要内容，因为牵引电机的故障中有相当数量与轴承有关。它一旦出现故障就将直接影响机车运行。目前用于滚动轴承故障诊断的最普遍和最实用的方法是振动诊断检测法，通常又分为“简易诊断”和“精密诊断”。轴承故障诊断技术经过多年的发展，已有了很大的提高。国内外目前已出现了许多轴承故障诊断仪器，并有成套检测设备，智能化程度较高，具有简易诊断与精密诊断的双重功能。铁道部科学院机车车辆研究所研究开发出了不同型号的机车轴承故障诊断仪器，如：JL-201机车轴承故障诊断仪、JL-501机车轴承动态检测系统等，非常适合电力机车牵引电机轴承的检测诊断，在实际故障检测工作中发挥了很好的作用。

2 电机轴承故障振动诊断方法

2.1 简易诊断法

通过对测量仪器内部参数的合理设置，以及电机轴承检测部位的多次采样，对得出的相关检测参数进行分析，即可判断出被检测轴承是否异常及故障的大小。主要检测参数有加速度有效值Grms和峭度系数Kv值。

2.1.1 振动加速度有效值

有效值Grms反映的是轴承系统在分析频带范围内的振动大小，也就是故障程度的大小。它是轴承元件在测试过程中所有合成振动的能量平均。

2.1.2 峭度系数

峭度系数是表示轴承工作表面出现疲劳故障时，每转一周，工作面缺陷处产生的冲击脉冲，故障越大，冲击响应幅值越大，故障现象越明显。

峭度系数表示故障形成的大幅值脉冲出现的概率。为了将脉冲响应与背景噪声的差距拉大以提高信噪比，峭度系数取脉冲响应幅值的4次方为判断依据，准确度大大提高。

Kv峭度系数的特性：一般运转平稳、无明显周期性干扰的轴承，其振动信号概率密度接近正态分布，而正态分布的峭度系数Kv=3。当轴承逐步出现故障，工作表面出现损伤引起机械冲击时，Kv值增加较快，其振动信号概率密度偏离正态分布。这是轴承简易诊断技术的重要依据。

峭度系数对轴承早期故障较敏感，轴承一旦发生故障，Kv值即增大。也就是说当轴承逐步出现滚动表面损伤时，振动信号中必然产生周期性大幅值脉冲。由于峭度系数表达式中分子为x的4次方，而分母为均方值的平方，也就是说分母是一个平均量，这就必然导致分子的增加快于分母，Kv上升很快，反映了故障已出现。峭度系数是振动幅值概率密度函数陡峭程度的量度，计算时，采样频率及采样点数对计算结果有一定的影响。Kv值的计算是在概率密度函数标准化后进行的，当转速或载荷变化虽然也发生变化，但其均值和标准差也随之变化，幅值概率密度函数的形状与原工作状况无太大差别，对轴承故障的发展程度反映不很敏感，所以Kv值变化不大。

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