电力机车走行部轴承齿轮检测装置适应性改进

朱高岭

(北京铁路局 丰台机务段, 北京 100071)

电力机车走行部轴承齿轮检测装置适应性改进

朱高岭

(北京铁路局 丰台机务段, 北京 100071)

针对HXD3型机车的结构及轴承参数特点，对原有铁路机车轴承齿轮故障地面诊断系统进行针对性的结构设计和改进，使得HXD3系列电力机车在不升弓条件下，能够独立顶升机车单组轮对、驱动轮对转动，实现了HXD3系列电力机车走行部轴承的检测。

电力机车； 轴承检测； 装置改进

为提高机车走行部的技术质量状态，保证机车的运用安全，按照中国铁路总公司和铁路局对机车检修工作的要求，必须对机车走行部轴承进行检测。HXD3系列电力机车采用交流牵引电动机，机车走行部的轴箱、牵引电动机、抱轴箱轴承均采用进口轴承,机械传动采用单边斜齿方式传动，其轴承设计和机械传动模式与现有其他型号的电力机车有一定的差异，需要对既有铁路机车轴承齿轮故障地面诊断系统进行适应性改进，才能满足HXD3系列电力机车走行部轴承检测的需求。

1 方案设计

1.1 现场调研

现场调研了HXD3系列电力机车的结构特点、走行部转向架及轴承齿轮构架等技术性参数；了解HXD3系列电力机车近年来走行部轴承故障的原因；根据HXD3的特点以及检测需求，进行了适应性改进整体方案设计。

1.2 总体方案

铁路机车轴承齿轮故障地面诊断系统顶轮检测装置的基本原理如图1所示。

图1 轴承检测系统结构

其中：机车轮对交流驱动电源装置主要负责驱动机车交流牵引电机，推动轮对转动，调节以获得适合诊断条件的转速；电动液压轮对顶升装置负责安全顶起机车单组轮对；检测诊断系统主要负责机车轴承齿轮冲击信号、转速信号的采集，对故障冲击信号进行分析及主动诊断，实现数据采集、数据浏览、冲击校准、仪器自校、系统设置等功能；地面分析管理专家系统实现下载数据的导入、细化分析、趋势跟踪、系统管理等功能。

改进工作依据HXD3系列机车特点也分为电动液压轮对顶升装置、检测诊断系统、机车轮对交流驱动电源装置、地面分析管理专家系统4大部分。

2 方案实施

2.1 电动液压顶升装置

顶升装置由液压系统、车体、辅助件3大部分组成(如图2)，采用单相交流电作为动力电源，是机车走行部检测系统中配套的专用设备，可按需实现对轴箱轴承的安全顶升和单组轮对的顶升。在顶轮锁紧油缸设计时，从结构上避免轮对转动中由于液压泄漏导致的轮轨磨耗等不安全因素。为适应现场环境，合理设定了装置重心，便于单人推行，选用了丁醛橡胶车轮。

图2 电动液压顶升装置

2.2 检测诊断系统

通过对HXD3系列机车机械传动结构及轴承参数的分析，原诊断模块中的相关参数与判据已不能适用HXD3机车的正确诊断，因此须在主机软件与地面软件中对诊断模块进行修改。

(1)主机软件：主机软件中测点位置与轴承类系列是一一对应的，即改变了测点位置，其轴承类系列也将改变。考虑HXD3系列机车采用了不同电机、轴承的特殊性，需要通过软件配置修改完成。主要修改更新内容如下：

①新增车系列代码“6”来表征HXD3的特有结构与检测方式。

②由于原主机软件的运行环境是DOS系统，故数据量的增大带来了程序内存空间不足问题。为此，采用“动态内存申请与释放”技术，对DOS环境下的内存使用进行优化，解决程序内存不足而导致的溢出问题。

③对轴承参数、车系列库配置参数、检测设置参数等，使用面向对象的结构化编程手段，对变量的使用与配置文件的读取方法进行有效优化，节省内存使用，提高程序的运用效率；

④对转速测量、数据采集、诊断结果显示子模块，均需要进行适应性修改。

(2)地面软件：在地面软件中，除上述对诊断模块需要进行相应修改外，还针对采样数据量增大一倍所带来的影响，在数据导入、数据库设计与存贮、数据显示等方面也同样进行适应性修改。

2.3 机车轮对交流驱动电源装置

驱动电源采用了变频调速的设计，调速单元由变频调速装置+电气控制+保护电路组成。通过控制按钮及开关，控制内部变频器的启动，输出、停止，同时提供电源装置的状态监控，报告各种指示灯以及监测仪表，实现HXD3系列机车大功率交流牵引电机在不升弓条件下的驱动和实现无级调速，并对输出频率、电压、电流实施监控及故障保护。

2.4 地面分析管理专家系统

通过合适的模拟故障测试手段，进行该系列车型的故障模拟诊断，并通过实际现场数据的反馈，修正故障报警门限值，优化既有地面专家系统。

目前，可根据被检测轴承的相关几何参数和轴承转速，计算出各种故障的信号特征，从而使故障诊断能够准确到轴承的各个部位(保持架、外圈的内滚道、内圈的外滚道、滚子、油脂状况等)，实现设备的自动判断。

2.5 主机改进

根据HXD3系列机车的结构特点，对诊断主机进行了以下改进：

①转速倍频设计改进：结合HXD3系列机车的特性，原200 FN采样频率过小，已经无法满足采样需求。通过对原电路进行改进，更改为400 FN跟踪采样。

②AD采样的改进设计：进行采样时钟控制及抗混时钟控制，提升采样频率，加强对采集冲击信息的处理。

③手动输入控制，增加手动输入时采样时钟和抗混时钟的控制，改变原固定频率输出的方式，提高对HXD3系列高速轴承在手动输入转速条件下的信号处理。

2.6 磁吸式传感器设计

设计新式磁吸式传感器，提高传感器抗干扰能力和冲击灵敏度，减小组装工艺的困难。该传感器应用共振解调技术，具有电子谐振作用，只对故障冲击信息敏感，具有比较好的信息选择性。磁吸式压电传感器采用合理可靠的屏蔽和接地处理手段，提高传感器系统的抗干扰能力；同时采用一体式的磁吸式底座，减少因添加其他垫座，导致信号传递过程中的衰弱，提升对信号提取采集的准确性。

3 应用试验

3.1 测点选择

测点要选择在信息最佳传递的通道上(如图3所示)，避免在非承载区、过气缝、焊点等处选点。选择好检测点后，用铰磨机在检测点加工一个直径不小于20 mm的平面，平面要尽可能平整，以防止信息的衰减。

3.2 通道设置

设置仪器所对应的8个测试通道是否使用(如图4所示)及所接传感器的测点位置。若设置错误将会导致错诊或漏诊。测点位置与轴承类系列是一一对应的，即改变了测点位置，其轴承类系列也将改变。

3.3 系统运行

安置好传感器，接通计算机、信号采集器，开启电机驱动电源，通过相关的机车控制回路使电机得电驱动轮对运转，车轮转速达到40 km/h以上或更高且相对平稳后，再进入“数据采集”菜单采集数据，使受检轮对进行检测，直到检测结束(如图5所示)。该图反映了3轴齿端电机轴承中有滚子端面与外环挡边间隙消失的故障情况。

图3 测点实例

图4 系统通道位置设定

图5 检测数据显示

3.4 试验结果

经测试试验，该装置能够完成对HXD3系列电力机车顶轮检测的要求。首先，电动液压轮对顶升装置，实现了单组轮对的安全顶升；机车轮对交流驱动电源装置，实现了HXD3系列机车大功率交流牵引电机在不升弓条件下的驱动。其次，检测诊断系统有效采集各轴承位置的冲击信号，对冲击信号进行共振解调，综合主动诊断，提示相应的诊断结论，能够有效检测走行部轴承的动态状况。

4 结 论

目前丰台机务段已成功检测HXD3系列电力机车走行部轴承修程机车36台，其中HXD3-0297机车在检测时，曾发生3轴齿端电机位轴承出现多次一级报警，经拆检后发现该位轴承滚子端面存在擦伤，工作人员及时进行了处理，使该台机车在上线前消除了安全隐患，避免了事故发生。经实际运用证明，该检测装置能够完成对HXD3系列机车走行部轴承的检测。电动液压轮对顶升装置及相关卡具的应用，改变了原有顶轮采用手动千斤顶的方式，降低了现场工作者的劳动强度；主机软件及地面分析系统采用专用微机下载分析数据，使界面简洁实用，便于现场职工掌握。检测诊断系统可对冲击信号进行共振解调、提示相应诊断结论，对满足现场实际应用需求，保证机车的运用安全创造了条件。

[1] 中国铁路总公司.铁路技术管理规程[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[2] 中华人民共和国铁道部.电力机车段修技术规程[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3] 刘兆平.孙树铭.科技查新报告[Z].铁道部科学技术信息研究所，2011.

The Structure Design of the HXD3 Series Electric Locomotive Lifting Wheel Detection Device

ZHUGaoling

(Fengtai Locomotive Depot, Beijing Railway Bureau, Beijing 100071, China)

The structure and parameter of the bearing characteristics for HXD3 locomotive, the original railway locomotive bearing fault diagnosis system for the gear ground foundation, is put forward according to the improved structure and design, make HXD3 series electric locomotive without pantographing condition, can be independent lifting locomotive wheel set, the driving wheel set rotation, the realization of HXD3 locomotive bearing fault impact information collection, and then reach according to the existing locomotive maintenance detection related technical standards, complete detection for bearing of HXD3 series electric locomotive, to eliminate potential safety problems.

electric locomotive; detection device; structure design

1008-7842 (2015) 06-0120-03

)男，工程师(

2015-06-11)

U264.8.331+2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.31