HXD3C型機(jī)車走行部齒輪振動(dòng)檢測(cè)的研究與應(yīng)用

鄭超

摘 要 在機(jī)車正常運(yùn)行過(guò)程中，走行部發(fā)揮著極為重要的作用，其是機(jī)車得以安全運(yùn)行的前提與基礎(chǔ)。而在HXD3C型機(jī)車當(dāng)中對(duì)走行部的傳動(dòng)齒輪進(jìn)行故障檢測(cè)也是C3和C4修的核心組成成分，通過(guò)頂輪檢測(cè)裝置，我們得到了大量的信息數(shù)據(jù)，同時(shí)也明確了解了因齒輪故障所導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象特征，并且還可以利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)此類故障出現(xiàn)的具體原因與類型等進(jìn)行更深層次的分析。

關(guān)鍵詞 HXD3C型機(jī)車;齒輪故障;振動(dòng)檢測(cè)

引言

軸承、踏面、輪軸以及傳動(dòng)齒輪是機(jī)車走行部中極為重要的幾個(gè)組成部件，其直接決定著機(jī)車能否安全運(yùn)行。以往在對(duì)機(jī)車走行部進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要是對(duì)各個(gè)軸承振動(dòng)情況、輪軸和踏面探傷等進(jìn)行檢測(cè)，盡管這種方式可以直接找到在走行部中存在的安全隱患，然而卻無(wú)法直接檢測(cè)到傳動(dòng)齒輪齒面的磨損、間隙超差和齒面剝離等前期問(wèn)題。而為了避免此類問(wèn)題出現(xiàn)，本篇文章根據(jù)已有研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等對(duì)和諧型機(jī)車走行部齒輪故障振動(dòng)檢測(cè)進(jìn)行了深入分析。

1故障種類

當(dāng)前常見(jiàn)的齒輪故障主要包括以下兩種，分別是在制造裝配過(guò)程中出現(xiàn)的先天性故障和在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的損傷性故障。同時(shí)二者還可在細(xì)分成以下幾類。

首先因?yàn)橹圃煺`差導(dǎo)致的故障，例如偏心、齒形誤差以及周節(jié)誤差等。

其次是不同軸、動(dòng)不平衡與不對(duì)中等。當(dāng)齒輪出現(xiàn)不對(duì)中的情況后，極易導(dǎo)致2階的倍頻和變頻等升高，另外，齒軸轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率同樣也會(huì)產(chǎn)生多次諧波。

最后是齒輪的齒面出現(xiàn)損傷，例如齒折斷、齒面出現(xiàn)劃傷、齒塑性變形、齒面疲勞點(diǎn)蝕以與剝落以及齒面產(chǎn)生磨損等。對(duì)于斷齒而言，其相較于前者情況更為嚴(yán)重，當(dāng)前常見(jiàn)的斷齒絕大多數(shù)為疲勞斷齒。當(dāng)發(fā)生斷齒問(wèn)題后，斷齒時(shí)域的具體表現(xiàn)是幅值極大的沖擊型的振動(dòng)，并且頻率和有斷齒軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同[1]。

齒輪振動(dòng)通常是因?yàn)閮蓚€(gè)齒嚙合受力而產(chǎn)生，齒輪嚙合的頻率則是其中最為常見(jiàn)的一種振動(dòng)頻率：Fm=fr*N。

在上述式子中，fr所代表的是軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，它的數(shù)值是將軸轉(zhuǎn)速除以60，也就是每秒鐘軸轉(zhuǎn)過(guò)的次數(shù);Fm代表的是嚙合的頻率;N則是齒輪的齒數(shù)。

2齒輪檢測(cè)

因?yàn)檩S承與齒輪被安裝在了一根軸上，因此在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)所收集到的是二者疊加在一起的振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致了信號(hào)互擾問(wèn)題的出現(xiàn)。倘若只想要對(duì)其中的齒輪振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，便需要先把齒輪的振動(dòng)信號(hào)從中分離出來(lái)再進(jìn)行檢測(cè)。

當(dāng)檢測(cè)機(jī)車的頂輪時(shí)，型號(hào)為HXD3C的機(jī)車齒輪的傳動(dòng)比為101∶21（即大齒輪的齒數(shù)是101，而電機(jī)軸的小齒輪的齒數(shù)是21），輪對(duì)的轉(zhuǎn)速是300r/min，此時(shí)嚙合的頻率為Fm=（300/60）*101=505Hz;而型號(hào)為DF8B的機(jī)車齒輪的傳動(dòng)比為84：19，其嚙合的頻率則為Fm=（300/60）*84=420Hz。

經(jīng)過(guò)計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)，各個(gè)車型在車輪轉(zhuǎn)速確定的前提下，可以對(duì)其齒輪的嚙合頻率進(jìn)行計(jì)算，而且在經(jīng)過(guò)對(duì)嚙合頻率峰值以及變頻信號(hào)等檢測(cè)后，也能夠?qū)C(jī)車齒輪的故障信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。

3成功實(shí)例

3.1 機(jī)車在正常狀態(tài)下的檢測(cè)數(shù)據(jù)

此次研究對(duì)近30臺(tái)型號(hào)為HXD3C機(jī)車進(jìn)行了齒輪振動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中機(jī)車的輪對(duì)轉(zhuǎn)速為300r/min，數(shù)值普遍處于0.25g至0.35范圍內(nèi)，嚙合頻率的峰值處于10-4至10-3區(qū)間內(nèi)。我們可以認(rèn)為峰值與數(shù)值處于該區(qū)間內(nèi)的普?qǐng)D為齒輪的正常數(shù)據(jù)。

3.2 機(jī)車齒輪的磨損間隙偏大

在檢測(cè)HXD3C型0970機(jī)車的頂輪時(shí)，并未發(fā)現(xiàn)軸承存在異常情況，但是齒輪發(fā)出了異常聲音，因此對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)。進(jìn)行故障檢測(cè)的軸位是D2齒輪箱;修程是1C3;齒輪轉(zhuǎn)速是320r/min。齒輪嚙合的頻率即Fm=（320/60）*101=538Hz。

此次檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示的有效數(shù)值是1.46g（詳情見(jiàn)下圖），該數(shù)據(jù)為正常數(shù)值的3倍，在頻譜之中的嚙合頻率是542Hz，相較于理論計(jì)算的嚙合頻率（即538Hz）無(wú)顯著差異，另外存在邊頻，邊頻不明顯，同時(shí)無(wú)嚙合頻率高次諧波，可以判斷出是齒輪磨損且間隙較大。除此之外，在經(jīng)過(guò)了后續(xù)的拆解分析之后也進(jìn)一步證明了此次判斷的正確性。

3.3 早期的齒輪故障

在完成了型號(hào)為DF8B型5252機(jī)車的頂輪檢測(cè)工作之后，發(fā)現(xiàn)故障軸位是D2齒輪箱;齒輪轉(zhuǎn)速是380r/min;修程為輔修7次。此次檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下圖。齒輪的嚙合頻率是Fm=（380/60）*84=532Hz。

由圖中的檢測(cè)數(shù)據(jù)可得，齒輪的嚙合頻率與理論計(jì)算層面的嚙合頻率之間不存在明顯差別，產(chǎn)生了2階與3階頻率，且2階頻率相對(duì)較高，同時(shí)還存在轉(zhuǎn)頻多邊階頻，但不明顯，盡管振動(dòng)值較大卻小于二倍。經(jīng)判斷應(yīng)當(dāng)是個(gè)別齒面的磨損，此次故障并不嚴(yán)重，屬于齒輪早期階段的故障。最后通過(guò)解體分析證實(shí)了上述結(jié)論。

4結(jié)束語(yǔ)

借助頂輪檢測(cè)裝置檢測(cè)HXD3C型機(jī)車的走行部，不只是可以有效預(yù)防軸向軸承、牽引電機(jī)的軸承以及抱軸承處出現(xiàn)的故障，而且還能夠?qū)恳X輪是否出現(xiàn)故障進(jìn)行深入分析。通過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)，在機(jī)車當(dāng)中牽引齒輪發(fā)生故障的概率要高于其他位置，為此本篇文章制定了與之對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方案，希望能夠在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行推廣和使用，借此來(lái)讓行車的安全性得到進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 李欣.機(jī)車走行部牽引齒輪故障檢測(cè)[J].鐵道機(jī)車車輛，2010（6）：95-96.