簡論城市軌道交通列車軸承故障的診斷論文
目前，列車軸承的巡檢和維護(hù)是城市軌道交通的運(yùn)營企業(yè)的日常工作之一，但是現(xiàn)在的這種制度和方法對(duì)于擁有大量列車的企業(yè)來說存在著盲目性。因?yàn)檫@樣所有的列車軸承都需要進(jìn)行巡檢，對(duì)一部分沒有故障的軸承也會(huì)經(jīng)常性地進(jìn)行巡檢，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。大量的巡檢工作同時(shí)又會(huì)造成檢修工作中可能存在的倦怠，從而導(dǎo)致潛在的隱患無法排查出來，不能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)存在故障的軸承，進(jìn)而不能及時(shí)地維修，這就會(huì)給列車的安全運(yùn)營帶來極大的安全隱患。因此，城市軌道交通列車軸承故障診斷新方法的探索和研究，對(duì)于相關(guān)的運(yùn)營企業(yè)極有必要性。瑞典的SKF公司早在1966年就已經(jīng)發(fā)明了沖擊脈沖儀來檢測軸承，當(dāng)然這主要受益于快速傅里葉變換的發(fā)展與應(yīng)用。
1診斷中的關(guān)鍵問題
列車滾動(dòng)軸承一般情況下由保持架、滾動(dòng)體、外圈和內(nèi)圈所構(gòu)成。保持加將軸承中的滾動(dòng)體等距離隔開;滾動(dòng)體則是在內(nèi)圈與外圈滾道上進(jìn)行滾動(dòng);外圈主要起到軸承內(nèi)外殼的支撐作用;內(nèi)圈裝配在軸上與軸一起旋轉(zhuǎn)。
實(shí)際中，最為常見的列車軸承故障可以分為磨損和損傷兩大類。從這兩大類故障出發(fā)，可以總結(jié)出最為常見的故障有疲勞剝落、磨損、壓痕、銹蝕、電蝕、斷裂、膠合、保持架損壞等。反復(fù)隨載荷是造成疲勞剝落的主要原理;外部污物的侵入和滾動(dòng)體與滾道間的運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生磨損的原因;大沖擊力和熱變形是壓痕產(chǎn)生的主因;空氣和水則是銹蝕和電蝕形成的原因;超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)與自身材質(zhì)的缺陷會(huì)造成斷裂;超高的溫度會(huì)引起膠合;機(jī)械故障是保持架損壞的主要原因之一。但不管是哪類故障，在研究過程中都不可避免要解決下面這幾個(gè)問題:
1.1滾動(dòng)軸承上故障信號(hào)的采集根據(jù)列車軸承的振動(dòng)機(jī)理，利用振動(dòng)信號(hào)所攜帶的信號(hào)，來診斷軸承所出現(xiàn)的具體故障。那么，對(duì)于本研究的首要任務(wù)就是要采集這樣的故障信號(hào)，然后再做下一步的研究和分析。這個(gè)問題的關(guān)鍵點(diǎn)在于它是解決之后問題的源頭，只有把故障信號(hào)采集到才能做后續(xù)的工作，所以它的準(zhǔn)確性是后續(xù)一切工作的保證。
1.2選擇合適的頻帶提取故障信號(hào)的特征采集到故障振動(dòng)信號(hào)后，就需要過濾掉噪聲信號(hào)，提取出對(duì)列車軸承故障診斷有用的信號(hào)。這就需要選取合適的頻帶信號(hào)，從而提取出列車軸承的故障信號(hào)的具體特征。分析不同故障信號(hào)的特性，根據(jù)不同特性來選擇適合的頻帶信號(hào)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行噪聲處理，從而提取出真正想要的有用信號(hào)，為故障類型的判斷打下基礎(chǔ)。
1.3由故障信號(hào)的特征判斷故障類型提取出列車軸承的故障信號(hào)后，通過對(duì)信號(hào)的特征分析，來對(duì)應(yīng)軸承出現(xiàn)的不同類型的故障，諸如外圈故障、滾珠故障、內(nèi)圈故障和混合故障等。區(qū)別信號(hào)的特征成為判斷故障類型的重點(diǎn)。每種故障都可以歸納出故障信號(hào)的特征，把檢測出的故障信號(hào)與典型的故障信號(hào)的特征作對(duì)比，就可以初步判斷出是哪種故障。當(dāng)然，這也要求前期先對(duì)外圈故障、滾珠故障、內(nèi)圈故障和混合故障等典型故障做出信號(hào)特征的描述，才能實(shí)現(xiàn)后期故障類型的準(zhǔn)確判斷。
1.4總結(jié)各類故障的特征信號(hào)通過之前的研究進(jìn)行仿真和試驗(yàn)，總結(jié)出列車軸承可能出現(xiàn)故障的不同種類信號(hào)，進(jìn)一步明確故障信號(hào)與故障類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為軸承的維護(hù)提供重要的保障和參考。故障特征信號(hào)的總結(jié)，需要經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)采集、對(duì)比、實(shí)驗(yàn)，需要把每種信號(hào)的特征描述清楚、詳細(xì)，這樣才能為后期的應(yīng)用提供保障。
2一種研究方法
對(duì)于列車軸承的故障診斷，國內(nèi)外都開展了相關(guān)的研究工作。通過對(duì)這樣研究成果的分析，我們可以知道，想要準(zhǔn)確地診斷出城市軌道交通列車軸承的故障，那么必須要掌握軸承的結(jié)構(gòu)。從軸承結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)照出現(xiàn)的主要故障，再進(jìn)一步找到產(chǎn)生的原因。最重要的是通過這個(gè)過程分析出軸承產(chǎn)生故障的特征信號(hào)，并把之與軸承的振動(dòng)機(jī)理相結(jié)合。在特征信號(hào)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不斷地試驗(yàn)，尤其要針對(duì)城市軌道列車軸承常見的外圈故障、滾珠故障等進(jìn)行。
滾動(dòng)軸承是列車上較為精密的部件，它的使用壽命具有很大的離散性。城市軌道交通列車上的軸承要經(jīng)常工作在情況比較復(fù)雜的環(huán)境中，這就使軸承產(chǎn)生的故障特征信號(hào)傳輸需要一個(gè)復(fù)雜的處理過程。外界環(huán)境中強(qiáng)磁、強(qiáng)電等的干擾往往會(huì)使真正需要的信息被噪聲淹沒，對(duì)特征信號(hào)的提取造成非常不利的局面。特別是一些早期的潛在故障，這些故障信息的信號(hào)能量非常小，對(duì)于它的采集難度非常大。同時(shí)包含故障軸承的信號(hào)大多數(shù)為非平穩(wěn)信號(hào)，之前的分析方法多數(shù)是利用變換來進(jìn)行提取，但這種方法更適合用于平穩(wěn)信號(hào)的提取，對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào)的處理幾乎沒有任何效果。所以，傳統(tǒng)的'方法對(duì)于提取含有故障軸承信息的故障信號(hào)并不理想，還有可以改進(jìn)的地方，還需要不斷的研究和完善。
這里針對(duì)城市軌道交通列車軸承故障診斷的研究過程，提出一種方法，其實(shí)，這也是一個(gè)針對(duì)城市軌道交通列車軸承故障的分析過程和研究過程。先分析城市軌道列車軸承振動(dòng)信號(hào)的特性，確定其構(gòu)成的各個(gè)部分，弄清楚信號(hào)源;然后針對(duì)振動(dòng)信號(hào)通過大量試驗(yàn)來選擇合適的頻帶，去除干擾信號(hào)，從而得到能夠代表故障信息的振動(dòng)信號(hào);根據(jù)之前得到的振動(dòng)信號(hào)，來判斷列車軸承是什么樣的故障，不同的故障對(duì)應(yīng)不對(duì)的振動(dòng)信號(hào)，能夠得出不一樣的結(jié)果;之后就是把有用的信號(hào)分離出來，加入數(shù)據(jù)庫，為列車軸承故障的分析和研究打基礎(chǔ)，達(dá)到更準(zhǔn)確的判斷故障類型的目的;總結(jié)前期的研究和分析的過程，針對(duì)列車軸承不同故障的信號(hào)特征得出其與故障類型的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)關(guān)系;最終目標(biāo)是根據(jù)研究結(jié)果構(gòu)建實(shí)際應(yīng)用，把成果應(yīng)用到城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)的實(shí)際工作中去。
3結(jié)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(fā)生。對(duì)于目前相關(guān)企業(yè)所應(yīng)用的方法都在一定程度上存在缺陷，所以對(duì)軸承故障的診斷進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究很有必要。木文提出了研究中會(huì)遇到的關(guān)鍵問題，并且探討了一種研究方法，按照這種方法進(jìn)行詳細(xì)地探索和研究，將會(huì)得出行之有效的診斷方法。
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