摘　要：介紹了利用共振解調、轉速跟蹤主動診斷技術（shù）識別軸承保（bǎo）持架（jià）故障的優（yōu）越性，通過（guò）對保持架破損的機理分析，找出其疲勞斷裂的原因，並提出了治理建議。
　　關鍵詞：保持架；故障；共振解調；轉速跟蹤
　　一、引言
　　城軌交通車輛（liàng）齒輪箱軸承多（duō）發保持（chí）架故障，主要表現是：保持架端圈斷裂、窗梁斷裂、軸承（chéng）滾子（zǐ）亂序、軸承超溫等。
　　齒輪箱軸承多發保持架破損，主要原因是濺油潤滑方（fāng）式導致軸承保持架運轉時阻尼低，容易受外衝擊（jī）激發振蕩衝擊（jī）導致保持（chí）架疲勞斷裂。采用共振解調、轉速跟（gēn）蹤主動（dòng）診斷技術識別保持架故障，可實現故障的早期預警，為車輛安（ān）全運營提供（gòng）保障。
　　二、共振解調、轉速跟蹤（zōng）主動診斷技術（shù）的應用
　　1.共振解調技術的特點
　　共振解調技術是一種用於檢測機械設備故障的信號變換技術，與其他常規（guī）振動檢測技術相比（bǐ），特別（bié）適合監測機（jī）械（xiè）設備的（de）早期（qī）故障所發生的衝擊信息，利用共振解調技術（shù）處（chù）理振動衝擊信號可達到（dào）剔除常規（guī）振動和提取故障衝擊的目的。
　　轉（zhuǎn）速跟蹤技術是（shì）一種變速機械的（de）轉速相位跟蹤采樣（yàng）技術，可實現非（fēi）周（zhōu）期信息的周期變換（huàn），從（cóng）而可以（yǐ）沿用FFT技（jì）術成功（gōng）實現故障分析。圖1為共振解調與轉（zhuǎn）速跟蹤技術的（de）信（xìn）號變（biàn）換過程分析，將傳感器（qì）輸出的機械振動衝擊（jī）信號，用帶有廣義共（gòng）振機製的振動（dòng）、衝擊、溫度複合傳感器接收，其振（zhèn）動（dòng）和衝擊廣義（yì）共振信息經過電子變換技術，剔除其他機械振動（dòng）或幹擾，解調出傳感器信號中的機械（xiè）衝擊激發的廣義共振信號，從而實現在車輛強（qiáng）烈的（de）機械振動幹擾和電磁幹擾中微弱故障信息的提取。在故障信號處理的AD采樣過程（chéng）中，實時獲取（qǔ）車輪轉（zhuǎn）速，轉速（sù）相位跟蹤采樣將模擬信（xìn）號變換為數字信號，進（jìn）而對共振解調波的頻譜作FFT分析，確認故障類別和級別。 　　共振解調、轉速跟（gēn）蹤主動診斷技術的優越性（xìng）在於可實現保（bǎo）持架宏觀破損的預知。為（wéi）故（gù）障（zhàng）早期（qī）預警和設（shè）備性能評估提供了有效的技術手段。
　　2.基於共振解調（diào）的外孤譜識別技術
　　某（mǒu）些保持（chí）架初期（qī）運（yùn）行時，可能有一些失落的銅渣和軸承損傷的失落物進入滾道，不穩定（dìng）地短時（shí）粘附於外（wài）環，在（zài）滾（gǔn）子通過時引起基本頻率（等於外環故障（zhàng）頻率）的（de）衝擊，但因為不是固定的外環故障，故隻有幾乎孤立的1階突出譜線（xiàn），稱為“外孤譜”。
　　北京地鐵2號線某車利用“外孤譜”識別技術，在列車上的走行部安裝了車載故障診斷係統，一次當它發（fā）出齒輪箱小軸軸承保持架報警時，經拆解發現小軸外側圓柱滾子軸承保持架斷裂成四塊。由此可以證實此種診斷技術的有效性。
　　三、利用共振解調檢測分析保持架破損的內因
　　1.保持架有變形的無油軸承檢測試驗分析
　　在單個軸（zhóu）承檢測機上對保持架變形（xíng）的無油軸承作檢測試驗，發現有明顯的外環多階譜或外孤譜，時（shí）而還有滾單（滾子端麵）譜，如圖2、3所示。 　　這是由於保持架變（biàn）形，使得滾子在保持架中，至少有2個（單向的）甚至（嚴重時發生（shēng））4個（雙向的）發生軸向竄動。該竄動被外環的檔邊限位，造成保持架運轉一（yī）周有2個（甚至4個）滾子相繼以不同的力度刮碰（pèng）衝擊外環擋邊內側（cè）突出點，從（cóng）而形成2個（gè）（甚至4個）滾子衝擊外環的脈衝群。所以，外環脈衝有均布的2次（甚至4次）調幅，其外環主頻譜出現保持架2階（甚（shèn）至4階）的（de）邊頻，還出現保持架2階（甚至4階）調製譜。若（ruò）滾子（zǐ）端麵有（yǒu）突出點，則（zé）還出現滾單（端麵）衝擊譜。
　　2.保持架破損內因
　　無油軸承在單個軸承檢測機上容易出現上述信息是由於沒有油膜掩蓋，外環擋邊內側的微小突出點或滾子端麵突出點高度大於油膜（mó）厚（hòu）度而完全暴露，加之沒有阻尼（ní），故障衝（chōng）擊強，噪聲大。有油（特別是油脂）的軸承在單個軸（zhóu）承（chéng）檢測機上（shàng）不易出現（xiàn）上述信（xìn）息的原因是外環擋邊內側的微小突出點或滾子端麵微小突出點被油膜掩蓋，滾（gǔn）子端麵（miàn）和外環擋邊之間存（cún）在油膜阻尼，故衝（chōng）擊微弱，噪聲小。因此，無油或濺油潤滑軸承因缺乏阻尼或阻尼低，在隨機擾動激勵下將引（yǐn）起無油振蕩跳（tiào）躍衝擊，衝擊的形（xíng）式有徑向衝擊和偏擺（bǎi）式的軸向衝擊。造成城軌車輛軸承受到隨機擾動甚至衝擊的因素有：軌道接縫衝擊、蛇行（háng）衝擊、踏麵故障衝擊、強烈的波磨衝擊（jī）等，而（ér）這些衝擊都是無法避免的，經常存在的（de）甚至是周而複始（shǐ）地頻繁發生的，這是軌道交通所用軸承的（de）工作環境與固定機械軸承的工作環境（jìng）之顯著區別。濺油潤滑軸承也許（xǔ）可以在固定的（de）或在沒有衝擊擾（rǎo）動的飛行器、船艦等機械（xiè）中正常工作，卻不適（shì）宜在軌道交通裝備（bèi）上工作。無油或濺油（yóu）潤滑軸（zhóu）承在靜態（tài）下由於自（zì）重，保持架與外環擋（dǎng）邊接（jiē）觸（chù）。當不動的（de）外環原邊受到衝擊時（shí），與其接觸（chù）的保持架將發生跳（tiào）躍，如果跳躍幅度試圖大於保持架與外環擋邊的間隙，便（biàn）與對邊（biān）發生衝擊而反彈過來，在原邊和對邊之間形成周而複始的彈跳、振蕩、衝擊。如果跳躍的幅度小於間隙，則發生跌（diē）落到原邊的衝擊，衝擊頻率約減半。如圖4所示。 　　由於保持架彈跳到接觸擋邊時，保持架（jià）本（běn）身旋轉的慣性力（lì）必然參與對外環的相互作用，增強衝擊的力度，從（cóng）而增（zēng）加了彈跳振蕩（dàng）的能量、強度和持續時間。由於該振蕩不可能僅（jǐn）僅是徑向的（de），而是還存在軸向偏擺，於（yú）是迫使滾子端麵碰磨外環擋邊的內側。如果軸承中存在油脂，則其（qí）阻尼作用消耗了（le）能量，便能使振蕩頻率下降，使（shǐ）振蕩迅速衰（shuāi）減。
　　某些城軌車輛走行部齒輪箱軸承使用濺油潤滑軸承，油膜很（hěn）薄，阻尼不足，當齒輪齧（niè）合（hé）振動傳遞到軸承內外環時，軸承內外環的振動容易通過檔邊與保持架“定位麵（miàn）”傳遞到保持架，特別（bié）是存在（zài）抖動時。在齒輪（lún）齧（niè）合頻率高於保持架共振頻率時，低共振頻率的保持架受到（例如外環）檔邊的激勵產（chǎn）生的低阻尼振動，與（外（wài）環（huán））檔邊的振動相位相反，引起相互撞擊，也是造成保持架疲勞斷（duàn）裂的因素之一，如圖（tú）5所示。 　　圖示樣本的（de）檢測跨距約27m。在檢測此樣（yàng）本前4m的一次軌縫衝擊引起了536號譜線、128Hz的衝（chōng）擊，在本樣本結（jié）束前6m的（de）軌縫衝擊（jī）引起（qǐ）了275譜線、65Hz的衝擊；這些衝擊不（bú）屬於任何軸承、踏麵、齒輪滾動工作麵的故（gù）障衝擊，而是軌縫衝擊車輪（lún）的外因引發的保持架（jià）振蕩、衝擊單邊的衝擊頻譜。
　　究其原因，仍然是因為該保持架外定位麵與外環擋（dǎng）邊之間的間隙太（tài）小，加之使用（yòng）了“濺（jiàn）油潤滑”方式，使得軸承保持架與外環擋邊之間缺油而對它們相對運動的阻尼不足，更加劇了保持架相對（duì）外環擋邊的振動（dòng）強度和產生（shēng）的相互衝擊強度（dù）和頻度，從而加速了保持架的破碎。
　　四、結論
　　軌道交通車輛軸承受到隨機擾動（dòng）、衝擊是不可避免的，根據上述的機理分析，隻有增加（jiā）保持架與外環擋邊相對運動（dòng）的阻尼，才有可能防止保持架與外環相（xiàng）互撞擊而造成保持架疲（pí）勞斷裂。所以，城軌車輛走行部的軸承宜使用（yòng）油脂潤滑，而不（bú）宜使用濺油潤滑。