地铁列车牵引电机检修中的异常振动研究

苏晓奇 杨小莉 牟彦强

摘要：本文以牵引电机作为分析对象，探究牵引电机设备对于列车运营的意义，并结合现有振动检测实例，讨论异常振动现象危害，最后根据振动分析数据，得出分析结果，加快异常振动故障原因的寻找，保证地铁列车的牵引电机设备运营稳定，提高地铁出行产业收益。

关键词：电机转子;牵引电机故障;异常振动

1牵引电机对地铁列车运营的重要性

牵引电机在地铁列车进行保养维修时，需要对其进行使用性能上的多项测试，以此来准确监测电机使用状态，并判断有无故障，提升电机作业稳定性。牵引电机运行时间较长时，易发生检修中的振动异常行为，这不利于电机设备进行后续列车供能工作，所以牵引电机应保持较高振动检测频率，减少、避免振动异常危害出现。良好的牵引电机设备将会促进地铁列车更好完成运营工作，借助振动测试仪设备，检修人员可得到牵引电机振动频谱，由此便可发现电机异常危害，进行良好处理维修工作，保证地铁交通产业能平稳发展。

2牵引电机振动检测

北京地铁14号线检测人员在车辆架修中发现有8台振动较大的牵引电机，此种现象在此之前的检修中鲜见。表1给出了8台牵引电机的振动速度检测结果。

由表1可见，8台牵引电机振动速度已经超出IEC60349-2电机振动速度不大于3.5mm/s（电机空载转速不大于3600rpm）、电机振动速度不大于5.25mm/s（电机空载转速超过3600rpm）的标准要求。振动速度较大的点较多出现在电机驱动端水平径向、驱动端轴向、非驱动端轴向。

从表1牵引电机振动速度检测数据可以发现一些异常振动的共性现象，为此，对牵引电机振动速度进一步进行频谱分析。

3牵引电机的异常振动分析

3.1振动分析的方法

针对牵引电机其振动异常现象，可利用相应振动分析办法，来将振动位置准确信息加以收集，以此来分析异常振动现实危害及对应的解决方案。因共性现象出现，检修人员对振动信号加以采集分析，通过频谱分析方式，发现振动信号中包括简谐振动分量以及其他分量、随机噪声等，经过各因素叠加，形成最终的振动异常信号。地铁列车牵引电机检修中的异常振动频谱分析方式可将混乱的振动信号做以合理拆解，把各信号成分重新转变为振幅和频率、相位都保持统一的简谐振动，降低振动分析难度。牵引电机在运行转动时，产生的各种频率分量将直接体现出电机转子其转速等特征，而且应用到的振幅谱线，其高度便能明确展示出转子振动期间产生的振幅大小。因此在振动分析办法中，使用幅值谱图是较为高效、便捷的方式，可以在谱图中显示出各类频率下所内含的分量振幅大小。

3.2振动频谱采集及分析

3.2.1频谱采集

在振动信号采样中使用了德国普卢福便携式频谱仪，该频谱仪可以方便快捷获取振动频谱。振动传感器采用压电式速度-加速度传感器，检测头采用磁性底座固定，传感器安装在牵引电机上的6个点如图2所示。

3.2.2频谱分析

根据表1和频谱采样结果可知，振动最大位置都在电机驱动端水平处①点，因此可以着重对此处的振动频谱图进行分析得到牵引电机振动速度峰值为6.133mm/s，其所在的频率为25Hz，说明振动原因是来自于周期频率为25Hz的运动部件。其余振动速度峰值0.603mm/s、0.4mm/s、0.675mm/s所处的频率分别为50Hz、75Hz、100Hz，这些振动速度值均较小，振动频率均在以25Hz为基频的整数倍上，且这些振幅均远低于标准要求的3.5mm/s，所以对振动的影响不大。根据牵引电机的转动频率公式f=n/60，可以得出当牵引电机转速n=1500转/s时，周期T=0.04s，即转动频率f0=25Hz，此频率与频谱图上所显示的最大振幅值的频率非常吻合。由此可以判断，此牵引电机的振动可能为单个旋转体不平衡造成，比如电机转子每转动1圈，转子上存在缺陷的部位在旋转到一固定角度位置时也就随之产生1次周期性波动。设备检修对8台电机异常振动信号进行频谱分析，可以发现频谱图显示的波形特征非常相似，特点表现如下。

（1）在时域波形图上表现为以1倍频（1f0）为频率的正弦振动曲线。

（2）在频域频谱图上的最大速度振幅值的频率会根据电机转速的变化而发生改变，这种改变依然满足f=n/60的计算结果;同时，在频域图上也会伴有幅值较小的频率，多为2f0、3f0、4f0。

（3）当电机转速升高，基频频率处的振动也会随之变大，波形也越接近正弦波;当电机转速降低，最高振幅基频频率处的振动也会随之降低，正弦波形逐渐失真;当转速降低到一定程度后，振动消失。通过以上频谱分析可以判断，牵引电机异常振动的原因可能是单个转子动不平衡量发生了变化。

4振动分析结果验证

牵引电机在生产中已经对电机内的转子做了动平衡校准，为了验证频谱分析结果，需要将电机拆解检查，以便确认上述的分析判断是否与实际相符。牵引电机返回原厂后进行了测试，牵引电机运转正常。将牵引电机进行拆解也未发现牵引电机表面有任何损伤，牵引电机转子校准的动平衡块固定完好，说明牵引电机转子动平衡机械部分完好。再次把牵引电机转子单独放置在动平衡机上进行动不平衡检测，测试发现牵引电机的转子出现了动不平衡现象，动不平衡量超出了标准要求。转子不平衡量校正质量是按照ISO1940标准中的G2.5级要求，并根据转子质量、校正半径、平衡精度、转速等参数计算出的允许不平衡（质）量，计算结果为3.5g。得到结论动不平衡量超过了要求值，说明电机转子允许不平衡量发生了变化，需要重新配置平衡块并对转子的不平衡量重新进行校正。

按照标准对牵引电机转子重新校正完成后，对重新装配后的牵引电机进行空载振动测试，其振动速度有效值测试结果下：电机编号483驱端的非驱端垂直径向、轴向、水平径向分别为0.4、0.4、0.4;电机编号483的非驱端垂直径向、轴向、水平径向分别0.5、0.8、0.4从电机483的数据可以看出，在对电机转子动不平衡量重新校准后，电机的振动速度有效值再次恢复到标准所要求的3.5mm/s以下。使用频谱仪再次采集电机驱动端水平径向点①处的振动数据，采样后顯示最高速度振幅为0.9mm/s，频率为50Hz，最高速度振幅值低于振动速度的标准要求。而原25Hz的最高振幅也降至0.25mm/s以下，如图3所示，说明频谱图分析可以有效地反映出异常振动产生的原因，上述频谱分析结果正确。

5结论

综上，地铁列车其牵引电机设备将为列车运行提供较稳定能量支持，在检修时发现振动异常现象，这将对列车运行起到一定危害，所以借助振动频谱方式来提升检修人员对牵引电机现阶段性能的了解，及时调整地铁列车运行性能，保证居民出行安全、放心。

参考文献

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