轨道车辆齿轮箱故障免拆分析方法

轨道车辆齿轮箱故障免拆分析方法

马辉,吕会宾,李大利

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  266000

摘要：本文提供了轨道车辆齿轮箱故障免拆分析方法：光谱分析法、温度分析法、频谱分析法

关键词：齿轮箱，故障模式，免拆分析法

一、前言

齿轮箱在轨道车辆上广泛安装使用，作为轨道车辆的动力传输部件,其可靠性直接影响到地铁车辆的运行安全。齿轮箱安装在动力车辆的车轴上，不方便拆解维修，因此齿轮箱的故障免拆分析法是一种快速、简单、经济的分析方法，在轨道车辆的运营故障分析中具有广泛的应用价值。

二、轨道车辆齿轮箱故障免拆分析方法

轨道车辆齿轮箱故障免拆分析方法主要包括以下三种：光谱分析法、温度分析法、频谱分析法。具体分析方法与可以定位的故障请参看下表。

1、光谱分析法确定故障部件

齿轮箱润滑油具有润滑和给运动部件降温的作用，正常的齿轮箱油清澈、半透明、流动性好。如果发现发现齿轮箱润滑油发黑，一般来说都是有异常的物质混入润滑油中，导致发黑（详见图一）。可以使用光谱分析法，对润滑油中的化学成分和相对含量进行分析，同时根据不同部件的化学成分含量确定异常物质的来源从而定位故障部件。

                                       图一：齿轮箱润滑油发黑

分析过程：

对一例发黑的齿轮箱润滑油样品送检测机构进行光谱分析，主要成分含量如下：铁Fe 487mg/kg，铬Cr 6.5mg/kg，镍Ni 1mg/kg，铜Cu 17mg/kg，硼B 266mg/kg，磷P 364mg/kg。 非金属元素硼B和磷P为润滑油中添加剂成分。齿轮材质为18CrNiMo7-6，其中Cr含量标准为（1.5%～1.8%），Ni含量标准为（1.5%～1.7%），Cu含量标准为（0%～0.3%），Cr与Ni含量标准接近，Cu含量标准较少，检测结果中Ni含量较少，Cu含量较多，可判断Cr与Cu大部分是由齿轮之外的零部件磨耗产生。轴承材料中含有Fe、Cr，小轴承保持架为Cu材质，可判断润滑油中Fe、Cr、Cu大部分来自于轴承磨损，润滑油中发黑物质主要来自于轴承磨损，从而定位轴承故障。

2、温度分析法确定故障部件

通过在齿轮箱运动部件（轴承）附近安装温度传感器或者温度指示标签，可以对齿轮箱运动部件的温度实施监控，根据温度或者温升确定故障部件。一列车正常齿轮箱温度趋势一致，如果某一齿轮箱发生故障，温度发生突变，温升速率、温差超过预警值，就可以定位该齿轮箱运动部件故障，通常来说轴承发生故障的情况比较多见。

图二 齿轮箱温度传感器和温升曲线

分析过程：

轨道车辆运行时，齿轮箱轴承温度会上升，同时因为润滑油的冷却功能带走热量，最终达到一个平衡状态，温度不再上升。如果某个齿轮箱温度明显高于同工况其他齿轮箱温度或者温升曲线过于陡峭，都可以判断该齿轮箱测温点处的轴承可能发生了故障，需要进一步检测。

3、频谱分析法确定故障部件

对于正常运行的齿轮箱，振动信号主要成分是啮合频率及其轴承滚动的类白噪声频率。当齿轮或轴承存在磨损、疲劳裂纹、电蚀等早期故障时， 则会出现啮合频率及其轴承滚动的类白噪声频率以外的频率叠加的现象，不同的故障会有不同的频率叠加，通过分析频率即可定位故障所在。

图三 正常齿轮箱和轴承磨损典型频谱图

分析过程：

通过在齿轮箱安装振动传感器，建立齿轮箱故障模式与频谱对照库，频谱对照库通常包含下列频谱：正常齿轮箱振动频谱，齿轮或轴承存在磨损、疲劳裂纹、电蚀等故障的典型频谱。建立齿轮箱故障模式与频谱对照库以后，实时收集监控正常运营车辆齿轮箱振动，发现异常频谱以后与频谱库进行比对，从而定位齿轮箱故障部件与模式。图三所示为正常齿轮箱和轴承磨损典型频谱图。.

参考文献

【1】丁康,李巍华,朱小勇. 齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术. 机械工业出版社,2005.

【2】万耀青. 油液分析故障诊断中的信息融合问题. 机械工业出版社,2002

【3】褚福磊,彭志科,冯志鹏. 机械故障诊断中的现代信号处理方法. 科学出版社,2009

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