[发明专利]一种诊断轴承轴向擦伤和扩展故障及减少该故障的方法

说明书

一种诊断轴承轴向擦伤和扩展故障及减少该故障的方法，针对轴承的外环和内环，实现是否存在均布轴向擦伤、擦伤扩展为剥离、擦伤引发断裂的深层次诊断，从而可以对仅出现均布擦伤但尚未扩展到剥离或断裂者，实现利用其剩余寿命的继续使用，而在出现擦伤扩展为剥离或断裂时立即更新轴承。达到既能充分利用擦伤轴承的剩余寿命、提高经济效益，又能及时识别、更新故障扩展轴承，防止引发事故，并指导合理选择替换轴承，防止均布擦伤及后续故障频繁发生，提高装备可靠性的目标。

技术领域

本发明属于轨道交通车辆故障诊断、安全保护与可靠性设计技术领域，涉及一种诊断轴承轴向擦伤和扩展故障及减少该故障的方法。

背景技术

轨道交通在我国迅速发展，并且进入国际市场。高速、重载是其主旋律。但随之而发生的问题是，所使用的轴承，包括车轮轴箱轴承、在车轴上悬挂电动机的抱轴轴承、齿轮箱轴承和电机轴承故障率比较高，其中，所用的圆锥滚子轴承由于以内、外环及滚子的滚动工作面承受轴向大载荷，取代了使用圆柱滚子轴承时因以滚子端部的滑动工作面承载的方式，而大幅度地降低了故障率。但其特殊的故障现象(内环、外环、滚子轴向擦伤、剥离)仍然多发，严重地危害着走行部的安全。

走行部的圆锥滚子轴承的损伤，往往在其远离寿命期时发生，其特征现象是：内环、外环多发沿着轴向的长条形擦伤，伤痕数等于轴承的滚子数Z，这样的擦伤有时出现多组，每组中每道伤痕的间距等于滚子的间距，擦伤印痕在滚道的小直径端有金属堆积；滚子则在滚动工作面发生沿轴向的贯穿性擦伤，有的每组两条擦伤准确分布在圆周对称位置，有的还有多组擦伤；内外环的擦伤则扩展为剥离或严格沿着轴线断裂，在发生擦伤的内环内孔还出现并不等于滚子数的轴向擦伤和周向擦伤，而发生断裂的内环内孔则没有周向和轴向擦伤。

由于一旦出现内外环轴向均布擦伤，则在随后的运转中，当滚子在承载区通过业已存在擦伤的滚道时，便发生强烈的冲击，引起基于广义共振/共振解调技术的轴承检测装置发生报警；而经典的、由材料局部缺陷所致的缺损剥离和断裂却通常仅在单处发生，也将引发轴承检测装置发生报警。但所述均布擦伤的危害远小于单处损伤的危害，前者尚有较长的、可以利用的剩余寿命，而后者则没有，并将很快引发事故。因此，需要通过诊断识别：单处损伤(剥离、裂纹、断裂)、均布擦伤、均布擦伤发展成的剥离或断裂，以便指导视情维修。

故障诊断机理分析所揭示的信号规律是：单处损伤与均布擦伤所引发的冲击共振解调信号不同。例如内环，其损伤只有在运转到轴承的承载区时，才会与2～4个滚子冲击，发生冲击信号，这是因为轴承存在径向的游隙，并且该游隙总是集中在非承载区，内环损伤在转到非承载区时，虽然也接触滚子，但有油膜缓冲，并不产生冲击。所以，单处损伤、断裂的内环，在轴转动一周的时间内，仅有在损伤通过承载区时产生的2～4个冲击脉冲，即出现转轴对内环故障冲击的幅度调制，其频谱不仅有等于内环故障特征频率fnei＝(D0+d)*fn*Z/(2*D0)的主谱，还在主谱的两边出现与主谱的频率相差为转轴频率fn之整倍数的边频谱fnb＝fnei±(n*fn)，式中，D0为轴承的中径，d为滚子直径，Z为滚子数量，n位自然数，还出现频率等于转频fn之整倍数的调制谱fnd＝n*fn，如附图1；但内环擦伤所致的、均布的、数量等于滚子数的损伤在通过承载区时，虽然每一处损伤引起的冲击脉冲也只有2～4个，但均与相邻的、随后通过承载区的擦伤所产生的2～4个冲击脉冲相继叠加，以致整体的冲击便是在轴转动一周时几乎没有出现转轴对内环故障冲击的幅度调制，如附图2。

因此，经典的识别均布擦伤与单处损伤的方法是基于频谱分析的识别方法：若存在内环主谱fnei并且还有边频谱和调制谱，则是内环单个或少量故障；若存在内环主谱而没有(明显的)边频谱和调制谱，则是均布擦伤故障。