地铁列车牵引电机检修中的异常振动

厉砚磊

（成都中车四方轨道车辆有限公司 四川省成都市 610100）

1 引言

牵引电机能帮助地铁列车实现较高效率的稳定运行操作，对其应用性能加以检测，是判断地铁出行安全的重要指标。对牵引电机进行性能检测，常使用到振动测试仪，该设备可根据检测数据，来准确反映出振动位置的幅度数值，因此可由振动检测结果来及时判断出电机异常振动的故障位置，并使故障程度有明确显示，帮助检测人员对牵引电机有无故障产生准确认知。检测人员当发现电机设备存在异常振动危害时，可以选择适宜处理方法，结合振动频谱，维修电机振动异常位置，提高地铁列车运行安全程度。

2 牵引电机对地铁列车运营的重要性

牵引电机可在地铁列车中扮演动力能源角色，使地铁列车运行更加连续稳定，确保能量输出可保持平稳后，地铁列车的运行安全性由此提升。牵引电机在地铁列车进行保养维修时，需要对其进行使用性能上的多项测试，以此来准确监测电机使用状态，并判断有无故障，提升电机作业稳定性。牵引电机运行时间较长时，易发生检修中的振动异常行为，这不利于电机设备进行后续列车供能工作，所以牵引电机应保持较高振动检测频率，减少、避免振动异常危害出现。良好的牵引电机设备将会促进地铁列车更好完成运营工作，借助振动测试仪设备，检修人员可得到牵引电机振动频谱，由此便可发现电机异常危害，进行良好处理维修工作，保证地铁交通产业能平稳发展。

3 牵引电机进行振动检测的异常实例

以某市地铁线路为例，检测人员例行巡检发现地铁列车在架修期间存在振动异常现象，其中有将近10 台牵引电机振动幅度较大，将会给列车运行提出较高难度挑战。据数据采集分析，可知振动较大电机设备平均振动速度可达3.5mm/s 之上，超出标准要求，由此将该类振动现象判断为异常振动，若不及时做以振动分析，将会危害牵引电机实际使用寿命。对振动速度这一数据加以分析，可知振速较大位置多数位于驱动端口的水平径向、轴向以及非驱动端口的轴向，因此检修人员对振动异常现象到的故障位置初步判定为以上部位[1]。由电机的振动速度数值可知，当振动速度异常时，常会在电机内部产生共性现象，由此便可借助频谱分析方式来对振动速度加以深入分析，保证及时、准确检出振动异常位置。

4 牵引电机的异常振动分析

4.1 振动分析的方法

图1：幅值谱图

针对牵引电机其振动异常现象，可利用相应振动分析办法，来将振动位置准确信息加以收集，以此来分析异常振动现实危害及对应的解决方案。因共性现象出现，检修人员对振动信号加以采集分析，通过频谱分析方式，发现振动信号中包括简谐振动分量以及其他分量、随机噪声等，经过各因素叠加，形成最终的振动异常信号。频谱分析方式可将混乱的振动信号做以合理拆解，把各信号成分重新转变为振幅和频率、相位都保持统一的简谐振动，降低振动分析难度。牵引电机在运行转动时，产生的各种频率分量将直接体现出电机转子其转速等特征，而且应用到的振幅谱线，其高度便能明确展示出转子振动期间产生的振幅大小。因此在振动分析办法中，使用幅值谱图是较为高效、便捷的方式，可以在谱图中显示出各类频率下所内含的分量振幅大小。图1 为幅值谱图，由此可将各频率下简谐振动的分量、振幅等数据加以展示。

4.2 频谱采集

对牵引电机做以振动信号分析，需要在频谱制作前，将振动信号加以收集，完善其信号完整性，该阶段使用到便携式频谱仪设备，借助该设备便可较为便捷的得到检测人员所需数据的振动频谱。另外，振动传感器也是频谱采集数据时的重要设备，通常选择压电式速度-加速度传感器，用于良好收集频谱制作所用数据，该设备检测头部位置选择的是利用磁性底座加以固定，并将传感器设备安装于电机上的均匀布点位置，确保采集到的振动信号能够展示出完整牵引电机设备的信号频率。

4.3 频谱分析

以频谱采样的数据结果可看出，电机振动速度的最大位置处于驱动端口的水平位置上，所以可合理推断该处振动频谱的波动值较大，而反观频谱图可知结果的确如此，证明频谱图能良好反映出即时振动速度，供检测人员进行准确判断。振动频谱图上的最高峰值是6.133mm/s，相对应该处的振动频率是25Hz，以此可知振动原因是能产生周期频率是25Hz 的部件中，故障位置由此确定。判断其余位置的振动频谱，可知其对应的振动速度峰值皆较小，而且振动频率存在等差规律，皆以25Hz 作为基频向上整数倍递增。其余振动幅度虽然也对振动产生影响，但因振幅数值较小，并远低于设备运行标准要求，所以着重分析25Hz 频率下的频谱数据，为检测人员提供更多实用数据。

表1：单个转子经动不平衡的测试数据

以电机转动频率为25Hz 时，作为牵引电机的转动基础分析数据，由公式f=n/60 可计算得到牵引电机的转速为每秒1500 转、运行周期为0.04 秒，将以上数据进行频谱图对照，可发现频率、振幅等数据皆吻合图内曲线变化趋势[2]。因此可以得到相关判断，牵引电机整体运行遭受振动异常影响，主要是因为单个电机转子在旋转时发生了不平衡现象，由此造成一定振动缺陷。比如当转子转动一圈时，转子上具有的故障位置便会在旋转到该位置时，产生该角度上的周期性波动，转子转动两圈则该类不良波动便出现两次，在牵引电机高速运作时，单个旋转体将会持续引发不平衡的振动波动，由此造成不良振动影响。

4.4 频谱特点

对产生异常振动现象的牵引电机做以频谱方式分析，可知频谱图中的显示波形内容在周期性比较下，存在较大相似性，因此可根据频谱图特征，做出如下特点分析。首先，当时域波形图数据完整显示时，可知以25Hz 作为基础频率，在一倍频率波形图上，频率曲线呈正弦振动分布，可知基频确定并无问题，具备较高准确性。其次，进行频域频谱图的数值分析，该图中峰值下对应最大速度振幅数值，其频率指标将会随着电机的转速不同而进行相应改变，且该种改变仍旧符合计算规则。另外，频域图中还将存在各类幅值变化较小频率指标，比如两倍基频、三倍、四倍等，由此可知当单倍频率下的转子设备出现偏移平衡问题，由此导致了牵引电机其整体振动异常现象。

最后，判断动态频谱趋势。随电机转速不断提升，基频的频率保持不变，但该频率下的振动现象却有着较大改变，总体趋势为正向促进，即转速越高，振动幅度越大，此时峰值波形也更具周期性变化，波形靠向正弦波发展。而当转速下降时，峰值处的振动频率也相对降低，波形不再接近正弦波形，转速下降达到极值时（不转动/极低频率转动），则振动随之消失。根据频谱可做以结果推论，牵引电机发生的异常振动行为，是电机内部某单个转子在转动时并未平衡导致了数值发生变化，最终引发电机异常振动。

5 振动分析的结果验证

上述结果得出后，牵引电机可在设计、安装、运行时着重关注转子平衡问题，确保动平衡保持稳定，在转子校准完毕后，检测人员需要再次借助频谱分析办法，将解决办法做以验证分析。将牵引电机进行拆解检查，以此来确保振动分析结果的准确性。首先将电机设备返厂测试，可发现电机的运转过程并未振动异常隐患，在拆解后发现电机表面无损伤，另外转子校准的平衡性较高，可说明在地铁列车运行时，牵引电机动平衡控制良好。

将转子设备单独做以动平衡检测，可发现转子将出现不平衡情况，其数值超过标准建设需求[3]。据G2.5D 要求规定，转子的不平衡数值相比于各项标准数值，较多数值超标，比如转子质量、平衡精度等，所以当不平衡数值在测试中超出规定数值，则需要将转子平衡性加以调整，避免在转子设备配置时，出现位置偏差，导致不平衡数值发生改变。表1 内容展示出经拆解电机后所得到空转子的动不平衡测试数据。

以标准中规定的允许不平衡质量可知，转子配置仍需进一步校准校正，当重新校正完毕后，继续对装配完成的电机设备加以空载振动等相关测试项目。根据振动测试，可以得出全新的振动速度，由数据可知，电机转子重新校准了转子配置后，能将其动平衡属性进行优化，确保电机运行期间的振动速度可维持在标准要求的3.5mm/s 下。借助频谱仪设备，对原本测到的最大振动幅度位置重新测试，可发现电机驱动端口的水平方向上，其振动数据在周期性数值上有了较大幅度降低，显示出现阶段经调整校正后的速度振幅仅为0.9mm/s，此时频率在50Hz，其频谱波形峰值也相对较低，可知速度振幅能符合地铁列车实际运营期间所规定的标准要求[4]。

通过将单个转子进行动平衡调整，本文案例中牵引电机设备可以将原本25Hz 下存在的振动异常现象加以避免，由数据可知，原有最高振幅已经下降到了0.25mm/s，远低于规定标准，因此对单个转子做出针对调整，有其必要性。另外，借助频谱图来帮助检测人员更好的分析异常振动其故障原因，能在检测中较快、较明确发现故障规律，由此便可推导出实际故障部位，促进振动异常尽早解决。而且，频谱图还可将异常振动程度进行有效展示分析，由各项数值来对应电机现阶段运动状态，最终得出正确分析解决办法。

6 结论

综上，地铁列车其牵引电机设备将为列车运行提供较稳定能量支持，在检修时发现振动异常现象，这将对列车运行起到一定危害，所以借助振动频谱方式来提升检修人员对牵引电机现阶段性能的了解，及时调整地铁列车运行性能，保证居民出行安全、放心。检修人员通过频谱特征图，可准确认知电机劣化趋势，由此便可将振动排查落实到对牵引电机每一系统零件的缜密测试中，有效排查振动异常故障，避免故障发生。将牵引电机其振动异常危害解决，便能大幅提升设备作业安全程度，并可延长地铁列车电机设备的使用寿命，降低运行周期中的维修成本，提高地铁运行效益。