鄭超

摘 要 在機車正常運行過程中，走行部發(fā)揮著極為重要的作用，其是機車得以安全運行的前提與基礎(chǔ)。而在HXD3C型機車當(dāng)中對走行部的傳動齒輪進行故障檢測也是C3和C4修的核心組成成分，通過頂輪檢測裝置，我們得到了大量的信息數(shù)據(jù)，同時也明確了解了因齒輪故障所導(dǎo)致的振動現(xiàn)象特征，并且還可以利用振動信號對此類故障出現(xiàn)的具體原因與類型等進行更深層次的分析。

關(guān)鍵詞 HXD3C型機車;齒輪故障;振動檢測

引言

軸承、踏面、輪軸以及傳動齒輪是機車走行部中極為重要的幾個組成部件，其直接決定著機車能否安全運行。以往在對機車走行部進行檢測時，主要是對各個軸承振動情況、輪軸和踏面探傷等進行檢測，盡管這種方式可以直接找到在走行部中存在的安全隱患，然而卻無法直接檢測到傳動齒輪齒面的磨損、間隙超差和齒面剝離等前期問題。而為了避免此類問題出現(xiàn)，本篇文章根據(jù)已有研究和實踐經(jīng)驗等對和諧型機車走行部齒輪故障振動檢測進行了深入分析。

1故障種類

當(dāng)前常見的齒輪故障主要包括以下兩種，分別是在制造裝配過程中出現(xiàn)的先天性故障和在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的損傷性故障。同時二者還可在細分成以下幾類。

首先因為制造誤差導(dǎo)致的故障，例如偏心、齒形誤差以及周節(jié)誤差等。

其次是不同軸、動不平衡與不對中等。當(dāng)齒輪出現(xiàn)不對中的情況后，極易導(dǎo)致2階的倍頻和變頻等升高，另外，齒軸轉(zhuǎn)動的頻率同樣也會產(chǎn)生多次諧波。

最后是齒輪的齒面出現(xiàn)損傷，例如齒折斷、齒面出現(xiàn)劃傷、齒塑性變形、齒面疲勞點蝕以與剝落以及齒面產(chǎn)生磨損等。對于斷齒而言，其相較于前者情況更為嚴(yán)重，當(dāng)前常見的斷齒絕大多數(shù)為疲勞斷齒。當(dāng)發(fā)生斷齒問題后，斷齒時域的具體表現(xiàn)是幅值極大的沖擊型的振動，并且頻率和有斷齒軸的轉(zhuǎn)動頻率相同[1]。

齒輪振動通常是因為兩個齒嚙合受力而產(chǎn)生，齒輪嚙合的頻率則是其中最為常見的一種振動頻率：Fm=fr*N。

在上述式子中，fr所代表的是軸的轉(zhuǎn)動頻率，它的數(shù)值是將軸轉(zhuǎn)速除以60，也就是每秒鐘軸轉(zhuǎn)過的次數(shù);Fm代表的是嚙合的頻率;N則是齒輪的齒數(shù)。

2齒輪檢測

因為軸承與齒輪被安裝在了一根軸上，因此在進行檢測時所收集到的是二者疊加在一起的振動，進而導(dǎo)致了信號互擾問題的出現(xiàn)。倘若只想要對其中的齒輪振動進行檢測，便需要先把齒輪的振動信號從中分離出來再進行檢測。

當(dāng)檢測機車的頂輪時，型號為HXD3C的機車齒輪的傳動比為101∶21（即大齒輪的齒數(shù)是101，而電機軸的小齒輪的齒數(shù)是21），輪對的轉(zhuǎn)速是300r/min，此時嚙合的頻率為Fm=（300/60）*101=505Hz;而型號為DF8B的機車齒輪的傳動比為84：19，其嚙合的頻率則為Fm=（300/60）*84=420Hz。

經(jīng)過計算之后發(fā)現(xiàn)，各個車型在車輪轉(zhuǎn)速確定的前提下，可以對其齒輪的嚙合頻率進行計算，而且在經(jīng)過對嚙合頻率峰值以及變頻信號等檢測后，也能夠?qū)C車齒輪的故障信號進行精準(zhǔn)識別。

3成功實例

3.1 機車在正常狀態(tài)下的檢測數(shù)據(jù)

此次研究對近30臺型號為HXD3C機車進行了齒輪振動檢測，檢測過程中機車的輪對轉(zhuǎn)速為300r/min，數(shù)值普遍處于0.25g至0.35范圍內(nèi)，嚙合頻率的峰值處于10-4至10-3區(qū)間內(nèi)。我們可以認為峰值與數(shù)值處于該區(qū)間內(nèi)的普圖為齒輪的正常數(shù)據(jù)。

3.2 機車齒輪的磨損間隙偏大

在檢測HXD3C型0970機車的頂輪時，并未發(fā)現(xiàn)軸承存在異常情況，但是齒輪發(fā)出了異常聲音，因此對其進行了相關(guān)的檢測。進行故障檢測的軸位是D2齒輪箱;修程是1C3;齒輪轉(zhuǎn)速是320r/min。齒輪嚙合的頻率即Fm=（320/60）*101=538Hz。

此次檢測的數(shù)據(jù)顯示的有效數(shù)值是1.46g（詳情見下圖），該數(shù)據(jù)為正常數(shù)值的3倍，在頻譜之中的嚙合頻率是542Hz，相較于理論計算的嚙合頻率（即538Hz）無顯著差異，另外存在邊頻，邊頻不明顯，同時無嚙合頻率高次諧波，可以判斷出是齒輪磨損且間隙較大。除此之外，在經(jīng)過了后續(xù)的拆解分析之后也進一步證明了此次判斷的正確性。

3.3 早期的齒輪故障

在完成了型號為DF8B型5252機車的頂輪檢測工作之后，發(fā)現(xiàn)故障軸位是D2齒輪箱;齒輪轉(zhuǎn)速是380r/min;修程為輔修7次。此次檢測數(shù)據(jù)見下圖。齒輪的嚙合頻率是Fm=（380/60）*84=532Hz。

由圖中的檢測數(shù)據(jù)可得，齒輪的嚙合頻率與理論計算層面的嚙合頻率之間不存在明顯差別，產(chǎn)生了2階與3階頻率，且2階頻率相對較高，同時還存在轉(zhuǎn)頻多邊階頻，但不明顯，盡管振動值較大卻小于二倍。經(jīng)判斷應(yīng)當(dāng)是個別齒面的磨損，此次故障并不嚴(yán)重，屬于齒輪早期階段的故障。最后通過解體分析證實了上述結(jié)論。

4結(jié)束語

借助頂輪檢測裝置檢測HXD3C型機車的走行部，不只是可以有效預(yù)防軸向軸承、牽引電機的軸承以及抱軸承處出現(xiàn)的故障，而且還能夠?qū)恳X輪是否出現(xiàn)故障進行深入分析。通過本次研究發(fā)現(xiàn)，在機車當(dāng)中牽引齒輪發(fā)生故障的概率要高于其他位置，為此本篇文章制定了與之對應(yīng)的檢測方案，希望能夠在實際檢測過程中對其進行推廣和使用，借此來讓行車的安全性得到進一步提升。

參考文獻

[1] 李欣.機車走行部牽引齒輪故障檢測[J].鐵道機車車輛，2010（6）：95-96.