地铁列车车轴轴承振动检测分析

孙志怀 薛超飞

【摘  要】地铁列车车轴轴承是地铁走行部重要部件，振动频谱分析是其状态监测的有力工具。SKF是目前国内地铁车轴常用轴承品牌，本次检测依托SKF公司相关技术，通过对轴承振动进行检测，从而检测轴承存在的早期损伤，提前预警故障，防止突发性事故发生。

【关键词】地铁车轴;SKF轴承;振动检测;频谱分析

1.概述

振动频谱分析是状态监测的有力工具，然而在机器的关键信息（如轴承型号和生产厂家、联轴器类型、齿轮齿数等）和转速未知，以及设备维修历史未知的情况下，将会大大削弱频谱分析的准确性，甚至可能导致错误的结果。且传统的振动频谱分析方法是基于0～2kHz的较低频率范围，它通常用来监测如下的机械故障：如不平衡、不对中、松动，轴弯等。只有在轴承发生严重损伤时，传统的方法才能监测到。

本次检测采用SKF加速度包络技术，此技术加强了重复出现的高频瞬态畸变小信号的能量。将SKF加速度包络检测技术与传统频谱分析技术结合，能及时监测到轴承存在的早期损伤及润滑问题，从而可以大大提前机器的故障预警期，延长轴承的使用寿命，并防止突发性的停机事故的发生。

2.测试条件

（1）测试仪器及软件。数据采集器：SKF数据采集分析仪Microlog。振动传感器：SKF加速度传感器CMSS2200。分析软件：@ptitudeAnalyst。

（2）对西安地铁4#线0419车轴箱轴承座按20km/h和60km/h车速下离线采集的振动数据进行的分析诊断，数据采集点位置如下：

3.振动频谱分析

本测试基于在测试车速约20km/h（2.1Hz）和60km/h（6.29HZ）的工况下采集的离线振动数据分析得出的。轴承BC2-0111的轴承缺陷特征频率基频分别是：外圈：6.71XHz;内圈：9.29XHz;滚子：3.02XHz;保持架：0.42XHz。

在车速20km/h（2.1Hz）情况下，此时的轴承缺陷特征频率分别是：外圈：14.07Hz;内圈：19.51Hz;滚子：6.34Hz;保持架：0.84Hz。详细分析如下：

如图 3 所示，是轴承座上垂直方向速度频谱图，速度频谱内存在倍次较高的转频谐波频率（约 2.1 Hz），振动幅值较高，达到 17.16mm/s。

如图 4、图 5 所示，是轴承座上垂直方向包络频谱图，包络频谱中同样存在转频谐波频率，未发现轴承特征频率，包络总值 2.3gE。

同样，在轴承座水平方向和轴向上，速度频谱图中也表现出转频谐波，但振动值相对垂直方向要低许多，如图 6 和图 7，水平方向振动值 3.945mm/sec，轴向振动值 4mm/sec。加速度包络频谱中也表现出转频谐波，未发现轴承缺陷特征频率，

如图 8 和图 9，水平方向包络值 2.4gE，轴向包络值 2.5gE。在各方向的振动值对比中，垂直方向振动速度总值要远远大于水平和轴向，包络总值各方向相差不大。

在车速 60km/h（6.29Hz）情况下，此时的轴承缺陷特征频率分别是： 外圈：42.21 Hz ;内圈：58.43 Hz ;滚子：18.99Hz ;保持架：2.64 Hz。详细分析如下：

如图 10 所示，是去程时的轴承座上垂直方向振动速度频谱图，速度频谱内存在转频谐波，其中约 10 倍转频峰值最突出，振动幅值非常高，振动总值达到124.4mm/s。

如图 11 所示，是去程时轴承座上垂直方向包络频谱图，包络频谱中 1 倍转频峰值偏高，但未发现轴承特征频率，包络总值 15.35gE。

同样，在返程时下的振动速度频谱和加速度包络频谱与去程时表现基本一样，速度频谱图中 10 倍和 11 倍转频峰值突出，速度总值达到 138.2mm/sec。包络频谱中 1 倍及 2、3 倍转频峰值明顯，未发现明显轴承缺陷特征频率，包络总值24.76gE。如图 12 和图 13。

综上分析，轴承座速度频谱及包络频谱中都存在明显的转频谐波频率，随着车速升高，测点振动总值也会成倍升高，其中速度频谱中 10 倍、11 倍转频附近的峰值异常突出。垂直方向振动总值远大于水平及轴向振动总值。包络频谱中仅在 1 倍转频峰值表现明显，有时 2 倍和 3 倍转频峰值也明显。根据以上频谱特征判断，该设备存在明显的松动特征故障。

4.结论及建议

该设备存在明显的松动故障，建议检查车轮、轴箱等相关零部件有无装配松动问题。检查轴箱轴承是否存在配合不良现象，如轴承定位异常、轴承游隙过大、轴承跑圈等现象。 如果该松动故障不处理并持续运行，可能会给轴承带来损伤影响。

参考文献

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[4]冯自立，赵娟 振动检测在轨道车辆齿轮箱故障监测的应用研究[J]，机械工程师，2019（01），170-172

作者简介：孙志怀（1979.2-），男，汉族，黑龙江伊春人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为轨道车辆。

薛超飞（1989.12-），男，汉族，河南宝丰人，硕士，工程师，研究方向为轨道交通。

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