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机车滚动轴承故障的产生及诊断方法

摘要：介绍机车滚动轴承的简易诊断和精密诊断，列举了检测事例。

主题词：机车滚动轴承故障检测

1 引言

轴承作为机车的主要部件，特别是牵引电机、轴箱轴承，其功能对安全运输起着举足轻重的作用，机车上运行时，一旦轴承发生故障，将导致整列列车不能运行，堵塞运输正线，特别是客运列车发生故障，造成的负面影响就更大，同时一旦机车轴承发生故障，对机车的抢修也是十分困难的，因此预防和减少机车轴承故障的发生，对于机车的安全运输就显得十分重要，能不能在轴承装车前将有故障隐患的轴承检测出来，保证合格的轴承配件上车是本文论述的重点。

2 轴承的故障

轴承的严重损坏往往不是单一的原因引起的，而是在几方面综合作用下，在恶劣的运行条件下产生恶性循环，导致轴承的严重烧损，因此在事故发生后，往往很难判断是由何种原因所致，也就给我们制定相关的措施带来一定的困难，为讨论方便，先从几个方面进行分析轴承发生故障的原因。

2.1 轴承的非正常磨耗

2.1.1 当轴承运用一段时间后，轴承内圈、滚动体、保持架、外圈、滚道等产生一定的缺陷、伤痕，造成轴承的润滑不防滑链良，引起轴承的发热，长时间的发热，会导致：（1）轴承润滑油的稀释。（2）加速材质的疲劳，硬度下降。由于以上原因，而进一步形成恶性循环，加速过热而使轴承烧损。严重的轴承内圈位移，滚动体失圆，冲撞生热，最终熔接在一起。因此上运行时，如发现轴承严重发热、冒烟时，不要停车，而应维持运行到前方站，因为此刻过热轴承处于熔化状态，一旦停车冷却后就再不能行走，堵塞正线。

4、硬度计调剂后

2.1.2 对机车轴承的给油保养十分重要，特别是给轴承适量的加油能保证轴承有良好的润滑作用，缺油和加油过多也都很容易造成轴承故障，油加少了容易造成轴承润滑不良而发热，加多了也容易造成搅拌过热，因此在保养中给油要适当，同时轴承的润滑油脂的清洁也十分重要，一旦油脂中掉入其它的杂质和水分，都会影响未来主要在美国正常的游隙和建立必须的油膜。

2.1.3 轴承的使用时间过长，超过轴承的使用寿命而容易造成材质的疲劳，加上强烈的冲击作用而使材质变形，使得滚子、滚道面产生剥离、碾片，从而造成润滑不良和振动加大。

2.2 安装对轴承的影响

2.2.1 轴承内圈与轴的配合间隙过盈量不符，也很容易造成轴承故障，过盈量大，很容易造成轴承内圈因过大的张应力而崩裂，过盈量过小，也很容易造成轴承内圈“弛缓”。

2.2.2 轴承组装配合游隙配合不当，也容易造成轴承故障，游隙小很容易造成滚子和滚道摩擦发热，随着温度的不断上升，轴承内圈、滚动体、保持架、外圈、端盖的温度并不相同，相互之间存在着温差，因而膨胀量也略有不同，也就造成配合间隙的进一步减少，加据轴承的生热。间隙过大，滚子的振动加大，加剧滚子和滚道的冲击，同时也易造成内部负荷分布不均，承载滚子减少，中央滚子负荷过大。

2.2.3 组装轴承时不按工艺要求，用铜锤冲击轴承，造成保持架变形，牵引电机轴承内外圈安装不正确或其它原因而使轴向横动量消失，造成轴承轴内挤死。

3 轴承故障的检测诊断

目前国内采用检测轴承故障的手段大致有测量电源插头温度、噪声及振动参数的方法，利用测量温度、噪声的方法比较简便，但缺乏有效的预防作用，一旦在运行中轴承温度过高和噪声很大，一般都认为机车轴承都已达到比较严重的损坏程度。而利用测量振动参数的方法，是当机车在中小修时对轴承进行检测，由于在检测中获取和采集信息比较方便简单，比较适用中修段推广使用，是一种既简便又实用的检测方法。

3.1 机车轴承的诊断方法

机车轴承的方法主要有两种：（1）机车轴承的简易诊断，（2）机车轴承共振解调谱分析技术-----精密诊断。

3.1.1简易诊断，就是在振动检测中一般是通过测试某些振动参数的大小，与标准值（门限值）比较来判断轴承的状态，在对机车轴承的简易诊断中，主要选择了时域波峭度系数参数的KV、、、加速度有效值参数Xrms两个指标来作为故障判断参数，其中峭度指标KV是无量纲参数，对轴承的早期故障敏感，而对运行工况不敏感，当轴承齿面工作表面出现故障时，每转一周将产生工作面缺陷处的冲击脉冲，故障越大，冲击响应幅值越大，KV值上升越快，但随着轴承故障后期的严重劣化而KV值则有所下降，而有较值则相反，它对早期故障不够敏感，但随着轴承故障不断劣化而上升，稳定性较好。总之，要取得简易诊断的可信较果，同时应用峭度系数与有较值是合适的，它兼顾了诊断参数敏感性与稳定性。牵引电动机轴承地面检测门限值

东风4机车轴箱轴承顶轮检测门限值

简易诊断有比较好的一面，但也存在许多的不足之处，当轴承进行简易诊断时，会出现以下几种情况；（1）轴承参数超值有故障，但不能确定其故障部位，（2）轴承本身无故障而是由于在组装时造成的故障，（如转子动不平衡、轴不对中碰磨等）。（3）传感器置于机座时，测得的故障信号有强有弱（内圈最小、滚子较强、外圈较大），这样按参数研究其小裂纹的疲劳扩大行动判会产生误差。通过以上三种情况分析，简易诊断没有判定轴承元件故障的方法，不能解决“视情维修”的问题，因此轴承诊断仅通过简易诊断判断有无故障是不够的如周围无腐蚀介质，必须进行精密诊断。

3.1.2 精密诊断

当轴承表面损伤，如疲劳剥离、局部磨损、表面腐蚀等故障时，轴承及滚动休旋转就会轮番碾压这些表面损伤处，高速的内圈旋转会使这种碾压产生冲击，这种故障冲击引起的纵波在材料尚未发生形变之前就以声速向外发射，有着陡峭的前沿波形和极其丰富的频谱，随着材料内部阻尼作用下，冲击发生的纵波急剧衰减，因此使传感器接收到冲击力脉冲信号。这防霉剂种冲击力脉冲波形近似于矩形，该矩形脉冲的故障频率极其宽阔，而轴承系统和各类传感器的固有频率很低，所以轴承系统和各类传达室感器的固有频率被故障冲击脉冲频率所覆盖，故障频率激起轴承系统和各类传感器共振，用通带滤波器滤除不需要的低、高频噪声（如机械振动等各类噪声）仅使故障冲击脉冲激起轴承外圈或传感器共振响应波形通过，并将低频故障冲击信号放大并提高为振动系统的较高频率的响应衰减振荡，包络解调则将这一较高频率响应再放大为展开的低频信号，经过频率分析仪变换为低频谱，也就是解调谱。下面是共振解调诊断轴承的步骤示意图（图一）：

从图中可看到，共振解调的基本步骤是：经滤波信号变为故障的振铃信号，包络解调后蒸汽刷是指数衰减包络线信号，该信号的重复频率就是故障频率。经FFT变换为低频谱后就是解调谱，每一个谱线，对应着1、2、3阶故障频率，当我们在检测中所检测到的故障频率与机车主要滚动轴承元件的故障频率相近时，就可以判定所发生故障的部位。附机车主要滚动轴承故障频率

4 机车轴承诊断案例

下面的案例是2002年元月27日东风7D0034机车第四位左侧轴箱轴承检测出的故障案例，该轴承型752732。使用JL-501轴承检测台检测，转速500转/分，检测出结果如图二。

从上图时域波形检测出的诊断参数看出，峭度系数为6.63,而且高峭度也严重超标，因此检测结果为不合格。同时从下图的细化谱图中看出解调谱所示峰值为60HZ，且1、2、3阶峰值间隔均为60HZ ，按照机车轴承故障频率表中计算出轴承故障部位的频率：500×0.12=60HZ ，从表中查出故障部位为轴承外圈，在随后分解轴承中发现外圈滚道有点蚀碾压痕迹。

5 结束语

本文所述的机车滚动轴承诊断方法，在我段开展近两年的时间，我段现有JL-201机车轴承诊断仪，JL-501机车轴承诊断台两套设备。JL-201主要用于牵引电动机轴承地面检测和机车轴承的顶轮检测，JL-501主要用于中修机车的滚动轴承进行动态检测。两年来共为其它段和本段的中修机车检测了2318 套轴承，共检测出不合格轴承189 套，其中我段从2001年到至今没有发生轴承故障或由轴承故障造成的机破，收到了显著的较果。

参考文献

（1）冯庚斌 机车车辆故障振动诊断技术中国铁道出版社1994年(end)