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監測的有力工具。SKF是目前國內地鐵車軸常用軸承品牌，本次檢測依托SKF公司相關技術，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，防止突發性事故發生。

【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監測的有力工具，然而在機器的關鍵信息（如軸承型號和生產廠家、聯軸器類型、齒輪齒數等）和轉速未知，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果。且傳統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。只有在軸承發生嚴重損傷時，傳統的方法才能監測到。

本次檢測采用SKF加速度包絡技術，此技術加強了重復出現的高頻瞬態畸變小信號的能量。將SKF加速度包絡檢測技術與傳統頻譜分析技術結合，能及時監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，并防止突發性的停機事故的發生。

2.測試條件

（1）測試儀器及軟件。數據采集器：SKF數據采集分析儀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據進行的分析診斷，數據采集點位置如下：

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據分析得出的。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，速度頻譜內存在倍次較高的轉頻諧波頻率（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頻諧波頻率，未發現軸承特征頻率，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出轉頻諧波，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出轉頻諧波，未發現軸承缺陷特征頻率，

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，速度頻譜內存在轉頻諧波，其中約 10 倍轉頻峰值最突出，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 倍轉頻峰值偏高，但未發現軸承特征頻率，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基本一樣，速度頻譜圖中 10 倍和 11 倍轉頻峰值突出，速度總值達到 138.2mm/sec。包絡頻譜中 1 倍及 2、3 倍轉頻峰值明顯，未發現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 倍轉頻峰值表現明顯，有時 2 倍和 3 倍轉頻峰值也明顯。根據以上頻譜特征判斷，該設備存在明顯的松動特征故障。

4.結論及建議

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象，如軸承定位異常、軸承游隙過大、軸承跑圈等現象。 如果該松動故障不處理并持續運行，可能會給軸承帶來損傷影響。

參考文獻

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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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