铁路货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断技术研究

铁路货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断技术研究

谢彩霞

银川特种轴承有限公司宁夏银川750000

摘要：近年来，我国的铁路工程建设越来越多。在现阶段的铁路中，轨边声学诊断系统以现代声学诊断技术为核心，集智能化、网络化和信息化于一身，技术上无疑具有世界先进水平，与我国铁路跨越式发展安全技术装备的方向相一致。该装置针对运行中的货车轴承，在复杂的环境条件和不同的列车运行工况下，能够及早发现轴承的早期故障，避免或减少燃轴、切轴和脱轨事故，保障列车行车安全，具有较高的实用价值。

关键词：TDAS；轴承；轨边；声学诊断

引言

滚动轴承作为铁路车辆的重要组成部件，其性能好坏将会直接危及铁路行车安全。铁路货车上一般使用的是无轴箱双列圆锥滚子轴承，故铁路货车转向架侧架与轮对之间采用承载鞍进行连接。此滚动轴承结构相对较轻，组装和运用检修等过程相对比较便捷，故在铁路货车上应用较多。但滚动轴承在使用过程中也存在很多故障，从而影响到车辆的正常运行。

1概况

①车辆由滑动轴承发展到滚动轴承，不但大大增加了铁路运输的社会效益也同样增加了铁路经济效益，同时增大了铁路运输过程中的安全性。车辆装有滚动轴承之后,不仅列车的牵引重量有明显提高，列车行驶中的速度也会有所提高。轴承的发展也决定了燃轴事故的发生几率大幅度的降低。作为机车车辆工作人员，研究滚动轴承故障产生的原因及危害尤为重要。总结和概括滚动轴承在使用中出现的问题，要从车辆的检修以及日常维护入手。从根源上控制机车车辆滚动轴承事故的发生，以确保机车车辆能够安全运行。确保铁路货车在实际生产以及运用中的安全性，提升铁路货车车辆的运输效益以保证铁路运输的正常秩序。目前，我国铁路货车正在向重载以及提速方面发展，且呈壮大趋势。因此，铁路运输的安全问题在运输中所占比重日趋增大。结合多年工作中的实际操作经验，给出和铁路货车实际情况相符合的预防措施，以及检修、检查方法，并给出有效的解决措施。②滚动轴承的特点为运行中产生的功率消耗极小，产生的摩擦阻力也不大，机械效率高，易起动等。还具有尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便等优点。滚动轴承的重量极轻，内部结构紧凑，轴向尺寸不大。精度高，转速高，磨损小，使用寿命长。绝大部分轴承都有自动调新功能。但是滚动轴承在机车车辆中应用时，也有一定的缺陷。如，不可避免的噪音、成本的局限性、轴承座内部的结构相对复杂等。所以在应用时容易发生故障。

2TADS系统的工作原理

故障的程度可由幅域特性反应出来，故障产生部位可由频域特征反映出来。不同的故障部位所产生的冲击是各不相同的。根据轴承运动学原理，如果已知轴承的几何参数和转速，就可以计算出各轴承零件产生故障时的特征频率。然后，对实际测量到的信号进行分析，查找特征频率组成成分，就可以判断出故障所在部位。轴承声学诊断的关键技术，一个是声音信号的测量，另外一个是状态的识别或分类。测量声音的传感器称为传声器，它是一种把声能转换成电能的电声器件，可用来直接测众声场中的声压。传声器的类型不同，制造精度不同，其性能和应用范围也不一样。用于声学测最的系统有多种，由于其功能和用途不同，因而包含的内部电路或仪器各不相同，但一般来说都是由传声器、信号分析部分和显示部分等基本环节组成。

3故障原因分析

①轴承密封罩松动增多为基本原因。密封罩在检修时一般为未及时更换新品，导致密封罩经整形后未及时复原，外圈牙口大多与密封罩配合过盈，此种情况会造成松动。而密封座与密封圈在提速后摩擦增大，密封罩被带动一起转动，导致密封罩松动。列检时，规定要求只处理密封罩脱出。最后致使密封罩松动的加剧，而未对其进行处理。②保持架破碎增多为常见问题。由于保持架本身的强度不是很高且加工制造水平也偏低，致使制造缺陷存在于保持架中。由于强度不够,保持架不能适应铁路提速重载的需要。保持架受力被轮对踏面质量所制约，从而保持架受力程度折扣大增。由此可见，对轴承保持架产生危害的是踏面故障。对保持架的危害会随着列车提速而逐渐增大。原因在于冲击力决定于列车行驶速度，列车行驶速度提高，冲击频率也随之提高。对轴承产生的危害也越来越大。最后导致保持架破碎的原因是受压力太大，密封罩密封性减小以及外部松动，列车运行中油脂被大量甩出，润滑效果逐渐丧失。

4TADS技术关键

铁路货车轴承轨边声学监测系统，是一种基于声学诊断原理开发的故障诊断装置，用于发现货车滚动轴承的早期故障，声学传感器就安装在轨道旁边。这种装置在安装过程中无需改造线路，独立性强，且易于防护，便于与其他轨边监侧设备集成。但是还是存在一些产品开发难点和关键技术：①由于列车运行的环境噪声来自多种声源，如轮轨噪声、空气动力噪声等对测量结果均有较大影响，且受空气的温度、湿度、污染和风、雨的影响，信噪比很低。因此声学诊断技术应用于货车轴承，要解决的最关键技术就是设法提高信噪比，开发具有优良指向特性和低噪声级的传声器（声传感器）。②在复杂的背景噪声条件下提取轴承的状态特征，需要有效的信号分析方法。③系统的实用性应满足不同车速和载荷的运行条件，在工况不一致的前提下识别轴承的故障是困难的，需采用先进的模式识别方法，并用大量的实测数据进行调整和训练。④传感器及其他附属设施需要在野外环境下全天候工作，因此装置的环境适应性及工作可靠性都将面临挑战。

5改进措施及建议

①密封罩。建议采用迷宫式密封罩。工人对车辆进行检修或者大修时，针对外圈和密封圈的过盈量，从外圈和密封罩过盈量入手。②轴承保持架。针对保持架成品的结构，完善设计，各部门严把质量关，努力提高强度，对于成品中存在的冲压裂纹，还有受力集中所导致的缺陷应致力改正。制造厂家必须提高工艺水平。质检部门应对其进行质量监管和严格把控。加强监督意识，消除产品的制造缺陷。应把刚保持架替换成塑料保持架，应适应以后车辆提速积极开发新材料，要求提高保持架质量。加强各级修程对轮对的检修,保证轮对特别是车轮踏面质量,避免踏面缺陷对轴承的冲击和损坏。为了使铁路货车在运行中保持良好的状态，取得良好的经济效益和社会效益，本人在列检工作中总结了许多铁路货车在运行中所存在的故障，以及发生故障的情况和位置原因。车辆运行过程中暴露出了许多原因复杂的实际问题。依据现有铁路列检工作的技术和装备力量，提出改进方法及措施，分析其根本原因，与实际情况相结合，为的是尽我所能减少机车车辆运行中所产生的故障，为我国铁路货车节省资源，增加使用率。提升机车车辆运输能力。

结束语

综上所述，铁路货车轴承的在线监测和早期诊断确实是一项难度很大的课题，由于轨边条件恶劣，又受故障判别方法的局限，因此初期效果不够理想。随着科学技术的进步和计算机网络技术的发展，逐步解决了传感器的信噪比问题，通过试验和实际应用，获得了大量的试验和实际数据，建立了比较合理的故障轴承判别模型，并形成了网络化的监测系统，实现了这项技术的实用化和产业化。因此采用声学诊断技术，实现我国铁路滚动轴承的状态判别和早期诊断是可行的方案。

参考文献

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