HXD3C型机车走行部齿轮振动检测的研究与应用

郑超

摘 要 在机车正常运行过程中，走行部发挥着极为重要的作用，其是机车得以安全运行的前提与基础。而在HXD3C型机车当中对走行部的传动齿轮进行故障检测也是C3和C4修的核心组成成分，通过顶轮检测装置，我们得到了大量的信息数据，同时也明确了解了因齿轮故障所导致的振动现象特征，并且还可以利用振动信号对此类故障出现的具体原因与类型等进行更深层次的分析。

关键词 HXD3C型机车;齿轮故障;振动检测

引言

轴承、踏面、轮轴以及传动齿轮是机车走行部中极为重要的几个组成部件，其直接决定着机车能否安全运行。以往在对机车走行部进行检测时，主要是对各个轴承振动情况、轮轴和踏面探伤等进行检测，尽管这种方式可以直接找到在走行部中存在的安全隐患，然而却无法直接检测到传动齿轮齿面的磨损、间隙超差和齿面剥离等前期问题。而为了避免此类问题出现，本篇文章根据已有研究和实践经验等对和谐型机车走行部齿轮故障振动检测进行了深入分析。

1故障种类

当前常见的齿轮故障主要包括以下两种，分别是在制造装配过程中出现的先天性故障和在实际应用中出现的损伤性故障。同时二者还可在细分成以下几类。

首先因为制造误差导致的故障，例如偏心、齿形误差以及周节误差等。

其次是不同轴、动不平衡与不对中等。当齿轮出现不对中的情况后，极易导致2阶的倍频和变频等升高，另外，齿轴转动的频率同样也会产生多次谐波。

最后是齿轮的齿面出现损伤，例如齿折断、齿面出现划伤、齿塑性变形、齿面疲劳点蚀以与剥落以及齿面产生磨损等。对于断齿而言，其相较于前者情况更为严重，当前常见的断齿绝大多数为疲劳断齿。当发生断齿问题后，断齿时域的具体表现是幅值极大的冲击型的振动，并且频率和有断齿轴的转动频率相同[1]。

齿轮振动通常是因为两个齿啮合受力而产生，齿轮啮合的频率则是其中最为常见的一种振动频率：Fm=fr*N。

在上述式子中，fr所代表的是轴的转动频率，它的数值是将轴转速除以60，也就是每秒钟轴转过的次数;Fm代表的是啮合的频率;N则是齿轮的齿数。

2齿轮检测

因为轴承与齿轮被安装在了一根轴上，因此在进行检测时所收集到的是二者叠加在一起的振动，进而导致了信号互扰问题的出现。倘若只想要对其中的齿轮振动进行检测，便需要先把齿轮的振动信号从中分离出来再进行检测。

当检测机车的顶轮时，型号为HXD3C的机车齿轮的传动比为101∶21（即大齿轮的齿数是101，而电机轴的小齿轮的齿数是21），轮对的转速是300r/min，此时啮合的频率为Fm=（300/60）*101=505Hz;而型号为DF8B的机车齿轮的传动比为84：19，其啮合的频率则为Fm=（300/60）*84=420Hz。

经过计算之后发现，各个车型在车轮转速确定的前提下，可以对其齿轮的啮合频率进行计算，而且在经过对啮合频率峰值以及变频信号等检测后，也能够对机车齿轮的故障信号进行精准识别。

3成功实例

3.1 机车在正常状态下的检测数据

此次研究对近30台型号为HXD3C机车进行了齿轮振动检测，检测过程中机车的轮对转速为300r/min，数值普遍处于0.25g至0.35范围内，啮合频率的峰值处于10-4至10-3区间内。我们可以认为峰值与数值处于该区间内的普图为齿轮的正常数据。

3.2 机车齿轮的磨损间隙偏大

在检测HXD3C型0970机车的顶轮时，并未发现轴承存在异常情况，但是齿轮发出了异常声音，因此对其进行了相关的检测。进行故障检测的轴位是D2齿轮箱;修程是1C3;齿轮转速是320r/min。齿轮啮合的频率即Fm=（320/60）*101=538Hz。

此次检测的数据显示的有效数值是1.46g（详情见下图），该数据为正常数值的3倍，在频谱之中的啮合频率是542Hz，相较于理论计算的啮合频率（即538Hz）无显著差异，另外存在边频，边频不明显，同时无啮合频率高次谐波，可以判斷出是齿轮磨损且间隙较大。除此之外，在经过了后续的拆解分析之后也进一步证明了此次判断的正确性。

3.3 早期的齿轮故障

在完成了型号为DF8B型5252机车的顶轮检测工作之后，发现故障轴位是D2齿轮箱;齿轮转速是380r/min;修程为辅修7次。此次检测数据见下图。齿轮的啮合频率是Fm=（380/60）*84=532Hz。

由图中的检测数据可得，齿轮的啮合频率与理论计算层面的啮合频率之间不存在明显差别，产生了2阶与3阶频率，且2阶频率相对较高，同时还存在转频多边阶频，但不明显，尽管振动值较大却小于二倍。经判断应当是个别齿面的磨损，此次故障并不严重，属于齿轮早期阶段的故障。最后通过解体分析证实了上述结论。

4结束语

借助顶轮检测装置检测HXD3C型机车的走行部，不只是可以有效预防轴向轴承、牵引电机的轴承以及抱轴承处出现的故障，而且还能够对牵引齿轮是否出现故障进行深入分析。通过本次研究发现，在机车当中牵引齿轮发生故障的概率要高于其他位置，为此本篇文章制定了与之对应的检测方案，希望能够在实际检测过程中对其进行推广和使用，借此来让行车的安全性得到进一步提升。

参考文献

[1] 李欣.机车走行部牵引齿轮故障检测[J].铁道机车车辆，2010（6）：95-96.