滾動軸承故障的產生及診斷方法

黃易

《滾動軸承故障的產生及診斷方法》word內容

1 引言 軸承作為機車的主要部件，特別是牽引電機、軸箱軸承，其功能對安全運輸起著舉足輕重的作用，機車在線上運行時，一旦軸承發生故障，將導致整列列車不能運行，堵塞運輸正線，特別是客運列車發生故障，造成的負面影響就更大，同時一旦機車軸承發生故障，對機車的搶修也是十分困難的，因此預防和減少機車軸承故障的發生，對于機車的安全運輸就顯得十分重要，能不能在軸承裝車前將有故障隱患的軸承檢測出來，保證合格的軸承配件上車是本文論述的重點。
2 軸承的故障 軸承的嚴重損壞往往不是單一的原因引起的，而是在幾方面綜合作用下，在惡劣的運行條件下產生惡性循環，導致軸承的嚴重燒損，因此在事故發生后，往往很難判斷是由何種原因所致，也就給我們制定相關的措施帶來一定的困難，為討論方便，先從幾個方面進行分析軸承發生故障的原因。
2.1 軸承的非正常磨耗
% [9 b$ E1 }7 ~% T 2.1.1 當軸承運用一段時間后，軸承內圈、滾動體、保持架、外圈、滾道等產生一定的缺陷、傷痕，造成軸承的潤滑不良，引起軸承的發熱，長時間的發熱，會導致：（1）軸承潤滑油的稀釋。（2）加速材質的疲勞，硬度下降。由于以上原因，而進一步形成惡性循環，加速過熱而使軸承燒損。嚴重的軸承內圈位移，滾動體失圓，沖撞生熱，最終熔接在一起。因此在線上運行時，如發現軸承嚴重發熱、冒煙時，不要停車，而應維持運行到前方站，因為此刻過熱軸承處于熔化狀態，一旦停車冷卻后就再不能行走，堵塞正線。
$ i" A; W. {1 M 2.1.2 對機車軸承的給油保養十分重要，特別是給軸承適量的加油能保證軸承有良好的潤滑作用，缺油和加油過多也都很容易造成軸承故障，油加少了容易造成軸承潤滑不良而發熱，加多了也容易造成攪拌過熱，因此在保養中給油要適當，同時軸承的潤滑油脂的清潔也十分重要，一旦油脂中掉入其它的雜質和水分，都會影響正常的游隙和建立必須的油膜。
2.1.3 軸承的使用時間過長，超過軸承的使用壽命而容易造成材質的疲勞，加上強烈的沖擊作用而使材質變形，使得滾子、滾道面產生剝離、碾片，從而造成潤滑不良和振動加大。
2.2 安裝對軸承的影響
2.2.1 軸承內圈與軸的配合間隙過盈量不符，也很容易造成軸承故障，過盈量大，很容易造成軸承內圈因過大的張應力而崩裂，過盈量過小，也很容易造成軸承內圈“弛緩”。
; I' j" Q( O  y8 U' v2.2.2 軸承組裝配合游隙配合不當，也容易造成軸承故障，游隙小很容易造成滾子和滾道摩擦發熱，隨著溫度的不斷上升，軸承內圈、滾動體、保持架、外圈、端蓋的溫度并不相同，相互之間存在著溫差，因而膨脹量也略有不同，也就造成配合間隙的進一步減少，加據軸承的生熱。間隙過大，滾子的振動加大，加劇滾子和滾道的沖擊，同時也易造成內部負荷分布不均，承載滾子減少，中央滾子負荷過大。
2.2.3 組裝軸承時不按工藝要求，用銅錘沖擊軸承，造成保持架變形，牽引電機軸承內外圈安裝不正確或其它原因而使軸向橫動量消失，造成軸承軸內擠死。 機車滾動軸承故障的產生及診斷方法(二)
3 軸承故障的檢測診斷 目前國內采用檢測軸承故障的手段大致有測量溫度、噪聲及振動參數的方法，利用測量溫度、噪聲的方法比較簡便，但缺乏有效的預防作用，一旦在運行中軸承溫度過高和噪聲很大，一般都認為機車軸承都已達到比較嚴重的損壞程度。而利用測量振動參數的方法，是當機車在中小修時對軸承進行檢測，由于在檢測中獲取和采集信息比較方便簡單，比較適用中修段推廣使用，是一種既簡便又實用的檢測方法。
3.1 機車軸承的診斷方法 機車軸承的方法主要有兩種：（1）機車軸承的簡易診斷，（2）機車軸承共振解調譜分析技術-----精密診斷。
9 W- q; _8 }$ `6 h( x3 x- V+ J& }7 v1 G3.1.1簡易診斷，就是在振動檢測中一般是通過測試某些振動參數的大小，與標準值（門限值）比較來判斷軸承的狀態，在對機車軸承的簡易診斷中，主要選擇了時域波峭度系數參數的KV、、、加速度有效值參數Xrms兩個指標來作為故障判斷參數，其中峭度指標KV是無量綱參數，對軸承的早期故障敏感，而對運行工況不敏感，當軸承齒面工作表面出現故障時，每轉一周將產生工作面缺陷處的沖擊脈沖，故障越大，沖擊響應幅值越大，KV值上升越快，但隨著軸承故障后期的嚴重劣化而KV值則有所下降，而有較值則相反，它對早期故障不夠敏感，但隨著軸承故障不斷劣化而上升，穩定性較好。總之，要取得簡易診斷的可信較果，同時應用峭度系數與有較值是合適的，它兼顧了診斷參數敏感性與穩定性。 牽引電動機軸承地面檢測門限值 東風4機車軸箱軸承頂輪檢測門限值 簡易診斷有比較好的一面，但也存在許多的不足之處，當軸承進行簡易診斷時，會出現以下幾種情況；（1）軸承參數超值有故障，但不能確定其故障部位，（2）軸承本身無故障而是由于在組裝時造成的故障，（如轉子動不平衡、軸不對中碰磨等）。（3）傳感器置于機座時，測得的故障信號有強有弱（內圈最小、滾子較強、外圈較大），這樣按參數判會產生誤差。通過以上三種情況分析，簡易診斷沒有判定軸承元件故障的方法，不能解決“視情維修”的問題，因此軸承診斷僅通過簡易診斷判斷有無故障是不夠的，必須進行精密診斷。
0 p) K+ C3 ]6 _. f, I0 W! j8 Z$ g3.1.2 精密診斷 當軸承表面損傷，如疲勞剝離、局部磨損、表面腐蝕等故障時，軸承及滾動休旋轉就會輪番碾壓這些表面損傷處，高速的內圈旋轉會使這種碾壓產生沖擊，這種故障沖擊引起的縱波在材料尚未發生形變之前就以聲速向外發射，有著陡峭的前沿波形和極其豐富的頻譜，隨著材料內部阻尼作用下，沖擊發生的縱波急劇衰減，因此使傳感器接收到沖擊力脈沖信號。這種沖擊力脈沖波形近似于矩形，該矩形脈沖的故障頻率極其寬闊，而軸承系統和各類傳感器的固有頻率很低，所以軸承系統和各類傳達室感器的固有頻率被故障沖擊脈沖頻率所覆蓋，故障頻率激起軸承系統和各類傳感器共振，用通帶濾波器濾除不需要的低、高頻噪聲（如機械振動等各類噪聲）僅使故障沖擊脈沖激起軸承外圈或傳感器共振響應波形通過，并將低頻故障沖擊信號放大并提高為振動系統的較高頻率的響應衰減振蕩，包絡解調則將這一較高頻率響應再放大為展開的低頻信號，經過頻率分析儀變換為低頻譜，也就是解調譜。
4 機車軸承診斷案例 下面的案例是2002年元月27日東風7D0034機車第四位左側軸箱軸承檢測出的故障案例，該軸承型752732。使用JL-501軸承檢測臺檢測，轉速500轉/分。 時域波形檢測出的診斷參數，峭度系數為6.63,而且高峭度也嚴重超標，因此檢測結果為不合格。同時細化譜圖中看出解調譜所示峰值為60HZ，且1、2、3階峰值間隔均為60HZ ，按照機車軸承故障頻率表中計算出軸承故障部位的頻率：500×0.12=60HZ ，從表中查出故障部位為軸承外圈，在隨后分解軸承中發現外圈滾道有點蝕碾壓痕跡。