識(shí)別軸承保持架故障的共振解調(diào)外孤譜診斷技術(shù)
2012-11-29
作者：唐德堯 李輝 宋辛?xí)煛↑S貴發(fā)
（北京唐智科技發(fā)展有限公司）
摘 要：用于機(jī)車和地鐵車輛的某型進(jìn)口軸承保持架故障多，為了防止軸承故障危及安全，對(duì)其發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了“外孤譜”技術(shù)及相應(yīng)的識(shí)別、診斷方法，并在試驗(yàn)中獲得成效。（北京唐智科技發(fā)展有限公司）
關(guān)鍵詞：軸承；保持架；故障；外孤譜
一、機(jī)車使用的某型進(jìn)口軸承保持架與國(guó)產(chǎn)軸承保持架的重要區(qū)別
國(guó)產(chǎn)軸承的保持架絕大多數(shù)是使用鋼鉚釘連接，而某型進(jìn)口軸承保持架（以下簡(jiǎn)稱F保持架）則沒(méi)有鉚釘，而是將銅窗梁的端部切小代為鉚釘?shù)摹１３旨鼙容^如圖1所示。
JK00430設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)查了大量機(jī)車軸承，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)保持架的故障十分少見(jiàn)。特別是軸箱保持架發(fā)生故障時(shí)極少出現(xiàn)解體，而只是有損傷。甚至軸承其他零件出現(xiàn)重大故障、對(duì)保持架造成重大損害時(shí)，保持架也能保持完整而不易破碎。
原設(shè)計(jì)的保持架故障報(bào)警策略是“識(shí)別受到破壞的信息，發(fā)出保持架預(yù)警”。因此，SS7E-0023-61的軸箱軸承有保持架的二級(jí)報(bào)警，但保持架并未破碎，而只是被故障滾子對(duì)端圈內(nèi)部撕裂了一塊。撕下材料的保持架與端面開裂的滾子的刮碰作用，使該滾子通過(guò)承載區(qū)時(shí)保持架強(qiáng)烈跳動(dòng)，撞擊軸承擋邊，被監(jiān)測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)而發(fā)出報(bào)警。基于這一原理，即使保持架沒(méi)有破碎，而是在外部條件作用下跳動(dòng)，其端圈撞擊外環(huán)擋邊的內(nèi)圓（因?yàn)檫@是引導(dǎo)面或者定位面），保持架正在受到破壞，檢測(cè)裝置就發(fā)出預(yù)警信息。圖2中保持架發(fā)生報(bào)警的原因是破碎的滾子掉下的鋼屆隨著潤(rùn)滑油沖刷到保持架窗梁，使保持架跳動(dòng)而發(fā)出報(bào)警，鋼屆將銅制保持架沖刷出溝道。
由前文可知F保持架的故障多發(fā)原因有：保持架可能是鑄銅甚至是雜銅制造的，強(qiáng)度和柔性不足；鉚釘由窗梁切小而成，突變截面處應(yīng)力集中，極易斷裂；工藝差異使其單鉚釘頭及窗梁承受軸承受到的大部分振動(dòng)力而斷裂。斷口掉下的銅渣部分落入軸承的滾道。
掉渣被碾壓時(shí)可能粘在外環(huán)滾道上，在滾子通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生形同外環(huán)故障的沖擊信息。這樣的故障沖擊的頻譜將因?yàn)闆_擊信號(hào)的時(shí)間、相位抖動(dòng)而發(fā)生頻譜發(fā)散——等于外環(huán)故障頻律的特征譜線變寬，其共振解調(diào)的高階譜線幅度銳減，不具有鮮明的多階性。
據(jù)此復(fù)查已知出現(xiàn)了保持架鉚釘?shù)纛^的進(jìn)口軸承的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，證實(shí)了這一推測(cè)：都曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)大量的孤立的外環(huán)1階譜線，而軸承沒(méi)有外環(huán)故障。將這種孤立的外環(huán)故障譜定義為“外孤譜”。
外環(huán)故障不是出現(xiàn)外孤譜，而是出現(xiàn)外環(huán)的多階譜。對(duì)此，軟件直接報(bào)告外環(huán)故障，見(jiàn)圖3。此軸承雖然僅57.8dB，但卻有外環(huán)多階譜，是外環(huán)故障。
所述外孤譜雖然在進(jìn)口軸承中幾乎就是保持架故障的表現(xiàn)，但其實(shí)質(zhì)卻是軸承中出現(xiàn)雜質(zhì)的表現(xiàn)。因此，出現(xiàn)外孤譜只是有保持架故障的可能，而不能肯定是保持架故障。
軸承的滾動(dòng)工作面損傷雖然也掉渣，也會(huì)引起外孤譜，但是同時(shí)有以“確定多階譜”為特征的原始故障存在，這種原始故障達(dá)到一定程度，就會(huì)以1、2級(jí)報(bào)警的方式報(bào)告出來(lái)。
綜上所述，直接報(bào)告外孤譜，不僅可以防止保持架故障發(fā)展，也可以為滾動(dòng)工作面出現(xiàn)初期損傷提供信息。
圖4、5、6的案例是滾子端面初期開裂掉渣，引起長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的外孤譜。滾子故障擴(kuò)展，出現(xiàn)端面報(bào)警，此后滾子很快劈裂，出現(xiàn)滾子圓周報(bào)警的發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)診斷記錄。
用外孤譜技術(shù)分析軸承雜質(zhì)和該進(jìn)口軸承保持架故障的數(shù)據(jù)和素材，大量存在于已有的JK00430監(jiān)測(cè)裝置的軟件所獲取和歸檔的診斷數(shù)據(jù)中，可充分利用這些信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)保持架的故障。
這一理論在地鐵的進(jìn)口軸承故障診斷中發(fā)揮了很好的作用，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)了保持架的故障（見(jiàn)圖7、圖8、圖9）。
1.外孤譜是軸承中存在硬質(zhì)雜質(zhì)的特征。
2.真正的外環(huán)故障不出現(xiàn)外孤譜，而是出現(xiàn)多階性外環(huán)故障譜。
3.外孤譜也是保持架損傷（失落材料）的特征。出現(xiàn)外孤譜的軸承多數(shù)都有相應(yīng)的保持架特征信息——保持架周期的調(diào)制沖擊。
4.使用鋼鉚釘?shù)膰?guó)產(chǎn)軸承很少見(jiàn)到外孤譜，而機(jī)車所使用的進(jìn)口軸承都存在超標(biāo)的外孤譜。
5.保持架局部破碎故障初期出現(xiàn)的外孤譜是發(fā)現(xiàn)故障Z佳時(shí)機(jī)。應(yīng)經(jīng)常瀏覽“沖擊趨勢(shì)”，如果發(fā)現(xiàn)外環(huán)記錄連續(xù)出現(xiàn)，則立即查找對(duì)應(yīng)時(shí)段的精密樣本，如果發(fā)現(xiàn)為外孤譜，則應(yīng)警惕軸承保持架故障或軸承中存在異物。
6.鉚釘裂口、全斷、端圈脫落者，外孤譜幅度強(qiáng)大；而斷條（以致滾子亂序）后的外孤譜量值很小。應(yīng)當(dāng)在斷鉚釘頭階段發(fā)出報(bào)警，以免錯(cuò)過(guò)Z佳識(shí)別時(shí)機(jī)。
7.軟件應(yīng)用如下方式實(shí)施外孤譜報(bào)警：基于外孤譜計(jì)算的故障大于55dB，5次立即決策中出現(xiàn)概率在2次及以上則報(bào)警，以識(shí)別掉鉚釘頭，防止斷條。出現(xiàn)斷條后，滾子亂序，外孤譜將降到50dB，特征是連續(xù)決策統(tǒng)計(jì)5次，出現(xiàn)概率在3次及以上則報(bào)警。
8.如果一度出現(xiàn)的外孤譜消失而隨后沒(méi)有滾動(dòng)工作面的故障報(bào)警，則應(yīng)警惕保持架失落物磨碎，應(yīng)當(dāng)對(duì)軸承開蓋檢查。
來(lái)源：《中國(guó)設(shè)備工程》2009年10期
