浅析牵引机引起动车组车体振动

浅析牵引机引起动车组车体振动

齐辉

青岛四铁机车修理有限公司 山东 青岛 266108

摘要：牵引电机作为动车组主要动力设备，将电能转化为机械动能的核心设备之一,它的安全性、可靠性关系到整列动车的行车安全以及人身安全。本文分析了某型动车组在线路运行时出现车体振动现象的原因，并给出了解决办法，为以后动车组运营过程中出现类似问题提供了分析解决方案。

关键词：牵引电机；动车组；车体振动；试验引言

动车组车体异常振动是影响旅客乘坐舒适性的一个重要因素，因此，当车体出现异常振动时，应马上联系工作人员，采取相应的措施，检查动车组车体产生振动的具体原因，根据实际情况，采用科学的、有效的解决方法，以保证动车组的顺利安全运行，为广大的旅客提供更好、更优质的服务。

1概述

目前对牵引电机状态检测和保护手段主要包括人员检修和采用继电保护装置来完成。但是,继电保护属于被动保护,只有电机已经发生严重事故或者故障发展到一定程度后,动作保护指令才开始执行。而人员检修通常依靠动车所检修人员的经验、阅历等对牵引电机的外观状态进行进一步检查,不能早期识别牵引电机内部故障。通过牵引电机在实际线路运行过程中,受到外部复杂工作环境的影响,如网压/网流波动、电磁辐射、车辆快速起/停等，使得牵引电机所受到交变应力的作用，包括空气阻力、电磁力、离心力等。除此之外，还包括牵引电机制造本身缺陷,也导致了牵引电机同时存在定子绕组、转子导条等部件故障。所以,对牵引电机进行状态检测、故障预测、故障诊断,在故障产生的初期及时发现、处理,统筹安排运营、检修、维护,最大限度避免故障造成列车晚点或影响行车安全，意义重大。

2故障特征提取及识别

选择希尔伯特变换方法对故障特征信号进行分析，定子电流信号应用双希尔伯特变换进行分析,定子电流中所包含的直流分量可以被消除,针对牵引电机故障特征频率分量容易被基波湮没，检测难度大等问题选择，小波包频带能量分析方法检测牵引电机是否发生了故障，并对牵引电机故障特征频带向量进行识别。假设一个已知电机定子电流信号it,其传统的故障模型表达式：

由上式At的表达式可得,2sf的边频分量为应用希尔伯特变换后对故障特征分量变成所得。应用小波包变换对牵引电机定子的电流信号进行分析,待分析信号分别经过高通、低通滤波器,再将各频带内所有信息重构，可得到原始信号从低频到高频所包含的每个频带内随时间变化的情况。假设其分解尺度为i（0,1,2,...i）,则可得到2i个等宽的频带。如果,,0,1,2,...,0,1,...,21iijSij,并将小波包被分解到具体频段信号信息进行重构分析,可得i层信号iS的表达式：

E为第i层、第j个频段信号的能量，即

上式中,jkc为小波包系数，来自于第j个频段分解所得,n为系数数量。将第i层各频带能量信号组成一个特征向量T

被测信号分解的各部分能量较大时, 则为是一个较大的数值,会给数据分析带来不便,归一化特征向量处理。令

其中，T为归一化后的向量。

3振动情况

某型动车组在线运营时，旅客反馈乘坐时脚部有振动并有酥麻感。经反复现车跟踪，发现了一定的规律：上行未出现任何异音及振动现象，下行只在通过曲线且速度超过185km/h时才会出现异音并有较大的振动感，持续约5~15min后恢复正常。对于这种情况，初步分析如下：①动车组在上下行过程中，仅有电机的旋转方向改变，线路条件及其他工况基本一致。②前期已更换过万向轴，并对换下的万向轴进行了检测，结果正常。③车轮经过旋修，且上下行的直线区段运行状态均正常。③牵引电机反转时，轮轨横向力会发生变化，齿轮箱齿轮啮合会发生改变。因此，初步认为牵引电机反转时牵引电机或齿轮箱可能存在异常。为解决该问题，对该车车体、车下及车上设备进行试验监控。监控点涵盖齿轮箱、牵引电机、牵引电机悬挂装置、安装座、铸铝横梁、车体及车内地板等所有可能传递振动和噪声的路径点。

4测试情况

由于现场条件所限，仅在故障车上安装了测试和监控设备，进行了现车测试。本文以200km/h时的测试结果作为对比依据进行分析。

4.1车内座椅处地板垂向振动

车内座椅处地板垂向振动测试结果见图1。

图1　车内座椅处地板垂向振动测试结果

从
图1可以看出，上行时车内振动平缓，无明显频率峰值；下行时车内地板振动明显大于上行，总值大于其2倍，主要振动峰值频率为138Hz、1　310Hz。

4.2齿轮箱垂向振动

齿轮箱垂向振动测试结果见图2。

图2齿轮箱垂向振动测试结果

从
图2可以看出，2条曲线趋势相同，下行时齿轮箱的振动明显大于上行时，总值约为其4倍，主要振动峰值频率为2　439Hz。

4.3牵引电机垂向振动

牵引电机垂向振动测试结果见图3。

图
3牵引电机垂向振动测试结果

从图3可以看出，上行时2条曲线变化趋势相同，下行时牵引电机振动大于上行时，主要振动峰值频率为138Hz、816Hz、1　632Hz。

4.4传递路径测试分析

传递路径设为牵引电机、减振弹簧、托梁、安装座、调整垫、齿轮箱、底架、车内地板。各部件垂向振动测试结果见图4。

图4传递路径各部件垂向振动测试结果

根据图4可初步判断，车内地板的2个振动峰值频率（138Hz和1　310Hz）中，138Hz振动可能主要来源于牵引电机振动，1　310Hz振动可能主要来源于齿轮箱振动。为进一步确定振源，对牵引传动装置和车轮踏面再次进行检测，发现车轮踏面正常，齿轮箱润滑油工作正常，初步判定齿轮箱齿轮啮合正常，无非正常磨损现象。鉴于上述分析情况，对牵引电机进行了更换，并再次到正线进行试运行，结果振动现象消失，判定为牵引电机故障，该问题得到了解决。

5原因分析对拆下的电机手动操作，反转时间歇出现明显的异音现象。经对牵引电机拆解，发现转子铁芯传动端处局部有较轻微的划伤痕迹，呈不规则划伤；定子传动端局部也有轻微划伤，并且在转子对应部位也有不规则的划伤痕迹，呈外旋状态，说明电机在某段时间运行时定子、转子气隙间存在异物，电机旋转时异物将定子、转子表面划伤，并且改变了电机振动频率，且电机正反旋转时对电机振动频率影响不同。在动车组通过曲线且速度超过185km/h时，电机运转振动频率与车体振动频率重合，产生共振。

结语

通过对牵引电机引起车体振动问题的分析解决可以看到，车体振动与很多部件和外界因素有关，只要搞清楚振动传递的路线，逐次排除，并结合试验监控等手段，就会较容易地找到振动的原因。本文详细论述了动车组车体异常振动产生的原因，并提出了一种复合实际的科学有效的解决措施，希望能为各位同行提供一些参考，期望机动车正常运行给广大的人民群众提供更加舒适和安全的服务。

参考文献

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