HXD3C型機車走行部齒輪振動檢測的研究與應用

鄭超

摘 要 在機車正常運行過程中，走行部發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。而在HXD3C型機車當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據，同時也明確了解了因齒輪故障所導致的振動現象特征，并且還可以利用振動信號對此類故障出現的具體原因與類型等進行更深層次的分析。

關鍵詞 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，本篇文章根據已有研究和實踐經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的先天性故障和在實際應用中出現的損傷性故障。同時二者還可在細分成以下幾類。

首先因為制造誤差導致的故障，例如偏心、齒形誤差以及周節誤差等。

其次是不同軸、動不平衡與不對中等。當齒輪出現不對中的情況后，極易導致2階的倍頻和變頻等升高，另外，齒軸轉動的頻率同樣也會產生多次諧波。

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

齒輪振動通常是因為兩個齒嚙合受力而產生，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所代表的是軸的轉動頻率，它的數值是將軸轉速除以60，也就是每秒鐘軸轉過的次數;Fm代表的是嚙合的頻率;N則是齒輪的齒數。

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，進而導致了信號互擾問題的出現。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（即大齒輪的齒數是101，而電機軸的小齒輪的齒數是21），輪對的轉速是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。

經過計算之后發現，各個車型在車輪轉速確定的前提下，可以對其齒輪的嚙合頻率進行計算，而且在經過對嚙合頻率峰值以及變頻信號等檢測后，也能夠對機車齒輪的故障信號進行精準識別。

3成功實例

3.1 機車在正常狀態下的檢測數據

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速為300r/min，數值普遍處于0.25g至0.35范圍內，嚙合頻率的峰值處于10-4至10-3區間內。我們可以認為峰值與數值處于該區間內的普圖為齒輪的正常數據。

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，并未發現軸承存在異常情況，但是齒輪發出了異常聲音，因此對其進行了相關的檢測。進行故障檢測的軸位是D2齒輪箱;修程是1C3;齒輪轉速是320r/min。齒輪嚙合的頻率即Fm=（320/60）*101=538Hz。

此次檢測的數據顯示的有效數值是1.46g（詳情見下圖），該數據為正常數值的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，在經過了后續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，發現故障軸位是D2齒輪箱;齒輪轉速是380r/min;修程為輔修7次。此次檢測數據見下圖。齒輪的嚙合頻率是Fm=（380/60）*84=532Hz。

由圖中的檢測數據可得，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，產生了2階與3階頻率，且2階頻率相對較高，同時還存在轉頻多邊階頻，但不明顯，盡管振動值較大卻小于二倍。經判斷應當是個別齒面的磨損，此次故障并不嚴重，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論。

4結束語

借助頂輪檢測裝置檢測HXD3C型機車的走行部，不只是可以有效預防軸向軸承、牽引電機的軸承以及抱軸承處出現的故障，而且還能夠對牽引齒輪是否出現故障進行深入分析。通過本次研究發現，在機車當中牽引齒輪發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.