呂雄偉 上海鐵路局上海動車客車段

1 CRH2B型動車組牽引電機(jī)簡介

CRH2B型動車組采用三菱（MB-5120-A）三相鼠籠型感應(yīng)電機(jī)，額定輸出功率為300 kW，額定線路間電壓為2 000 V，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷，極數(shù)為4極，絕緣類別為等級200（定子繞組），額定轉(zhuǎn)速為4 140 rpm，最高使用轉(zhuǎn)速為6 120 rpm，高速試驗轉(zhuǎn)速為7 040 rpm（持續(xù)2 min），動力傳送方式為平行萬向節(jié)齒輪形撓曲軸接頭方式，驅(qū)動側(cè)軸承為NU214C4P6（絕緣軸承滾輪導(dǎo)向保持器方式），反驅(qū)動側(cè)軸承為6311C4P6（絕緣軸承）[1]。

2 CRH2B型動車組客室地板異常振動分析

2.1 故障概述

2011年7月8日，配屬上海鐵路局的CRH2114B動車組在線路上運(yùn)行時，隨車機(jī)械師反饋11車二位轉(zhuǎn)向架上方地板處（距離渡板中心位置3.05 m）有明顯振動感，11車二位轉(zhuǎn)向架上方的車內(nèi)走廊處地板存在較大垂向振動，速度為240～250 km/h時垂向振動明顯。

2.2 故障跟蹤測試與處理

（1）2011年 7月 11日，在南京南-武漢-南京南-武漢-上海虹橋區(qū)間，對11車一位端和二位端的轉(zhuǎn)向架軸箱體、構(gòu)架軸箱彈簧筒上平面、枕梁空氣彈簧安裝面縱向兩側(cè)、車內(nèi)地板面的舒適性、平穩(wěn)性進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示平穩(wěn)性、舒適性良好，但車內(nèi)地板振動明顯。

（2）2011年 7月 16日，在南京南-金華西-上海虹橋區(qū)間，對11車一位端和二位端牽引電機(jī)、齒輪箱、牽引電機(jī)吊座和牽引銷的振動水平進(jìn)行了測試。

（3）2011年7月30日，在更換了二位轉(zhuǎn)向架兩條輪對(含齒輪箱)后，在滬寧、滬杭線路上對車輛振動水平進(jìn)行了測試，車內(nèi)振動無明顯改善。

（4）2011年8月，更換了二位轉(zhuǎn)向架電機(jī)，并調(diào)換了一、二位轉(zhuǎn)向架后進(jìn)行了測試，車內(nèi)地板振動顯著改善。

2.3 故障原因分析

根據(jù)四次試驗測試數(shù)據(jù)，分別從異常振動的振動源、振動放大環(huán)節(jié)等進(jìn)行調(diào)查分析。

2.3.1 第一次試驗結(jié)果

根據(jù)第一次試驗，11車二位端客室地板異常振動的頻譜特征[2]體現(xiàn)出兩個明顯特征：

（ 1）150～400 Hz范圍內(nèi)存在較寬的主頻能量峰值（如圖1）。

（2）存在與旋轉(zhuǎn)機(jī)械有關(guān)的倍頻成分。根據(jù)當(dāng)前輪徑、傳動比、車輛運(yùn)行速度換算，該倍頻成分與電機(jī)轉(zhuǎn)子、齒輪箱等旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)頻率成倍數(shù)關(guān)系。

圖1中客室地板0～80 Hz頻帶范圍內(nèi)能量水平較小，人體振動舒適度考慮頻帶范圍為0.4～80 Hz，因此二位端客室地板人體振動舒適度等級為優(yōu)。但由于人腳能感受到的頻率高達(dá)400 Hz，因此11車二位端客室地板人體感受到的振動明顯。

圖1 客室地板異常振動頻譜

2.3.2 第二、三次試驗結(jié)果

在隨后第二次試驗中增加了電機(jī)、齒輪箱測點。為排除齒輪箱的因素，在第二次試驗后更換了二位轉(zhuǎn)向架的兩條輪對。

更換二位轉(zhuǎn)向架輪對后進(jìn)行第三次試驗，結(jié)果表明齒輪箱振動有效值降低一倍，客室地板振動有效值、頻譜等特征未發(fā)生變化。

如表1所示，更換輪對齒輪箱后，客室地板的振動有效值未發(fā)生改變，據(jù)此可排除齒輪箱對客室地板異常振動的影響。另外，電機(jī)的頻譜、振動有效值等特征未發(fā)生改變。

表1客室地板測點垂向振動有效值（電機(jī)工作）/g

對比電機(jī)振動頻譜和客室振動頻譜（如圖2），發(fā)現(xiàn)11車二位端客室地板振動特征與電機(jī)振動特征存在關(guān)聯(lián)。

圖2 電機(jī)縱向振動與客室地板垂向振動頻譜

2.3.3 第四次試驗結(jié)果

為進(jìn)一步排查電機(jī)對客室振動的影響，第三次試驗后，更換二位轉(zhuǎn)向架電機(jī)，并將二位轉(zhuǎn)向架與一位轉(zhuǎn)向架對調(diào)，進(jìn)行了第四次試驗。

試驗結(jié)果表明，對調(diào)后的二位轉(zhuǎn)向架電機(jī)(原一位轉(zhuǎn)向架)，與原二位轉(zhuǎn)向架電機(jī)相比，振動有效值降低一倍；主峰頻率特征發(fā)生變化（如圖3），對應(yīng)頻率范圍150～400 Hz內(nèi)的振動能量顯著降低，對應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的倍頻顯著降低。

圖3 電機(jī)振動頻譜

第三次、第四次試驗對比，11車二位端客室地板的振動有效值降低 (如表2)，對應(yīng)的主要振動能量(頻率范圍150～400 Hz范圍)顯著降低(如圖 4)，但主峰頻率特征（即150～400 Hz范圍內(nèi)的寬帶譜峰）未發(fā)生改變。

綜合二位端相鄰測點的振動有效值差異(如表2)，試驗數(shù)據(jù)表明二位端客室過道中間測點存在頻率范圍150～400 Hz內(nèi)客室地板的寬頻峰值，體現(xiàn)出該位置地板的固有結(jié)構(gòu)特征。11車一位端客室振動水平與之前試驗相當(dāng)。

表2客室地板測點垂向振動有效值（電機(jī)工作）/g

圖4 客室地板振動頻譜

綜合四次試驗表明，11車二位端轉(zhuǎn)向架上方過道地板處異常振動，原因是電機(jī)機(jī)械振動特征發(fā)生變化，振動激勵頻率與該地板局部結(jié)構(gòu)的固有特性耦合，引起共振導(dǎo)致異常振動現(xiàn)象。通過降低電機(jī)振動水平(更換二位轉(zhuǎn)向架電機(jī)，一位轉(zhuǎn)向架與二位轉(zhuǎn)向架對調(diào))，降低了振動源的激勵振動能量，該異常振動處的地板振動頻譜特征未發(fā)生變化，但振動水平(加速度有效值)顯著降低。

2.4 電機(jī)對比試驗

對電機(jī)進(jìn)行了檢測對比，檢測結(jié)果如下。

（1）振動試驗：選取一臺已完成三級檢修的同型號電機(jī)做相同試驗進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 振動試驗結(jié)果

表3數(shù)據(jù)說明在額定轉(zhuǎn)速及高轉(zhuǎn)速下，電機(jī)2OO8-O579振動值與正常電機(jī)均有一定偏差。

（2）轉(zhuǎn)子動平衡試驗：電機(jī)分解后對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了兩次動平衡試驗。第一次傳動端剩余不平衡量為2.56 g，非傳動端為1.67 g；第二次傳動端剩余不平衡量為2.67 g，非傳動端為1.57 g。轉(zhuǎn)子剩余不平衡量設(shè)計值為1.3 g，試驗結(jié)果均高于正常值。

從振動試驗和轉(zhuǎn)子動平衡試驗可以看出，電機(jī)的振動水平與轉(zhuǎn)子剩余不平衡量均高于正常值。因此認(rèn)為，電機(jī)的異常振動激勵了端部客室地板的振動。

3 結(jié)論

客室地板的振動是局部地板與牽引電機(jī)異常振動的耦合共振，主峰頻率特征集中在150～400 Hz范圍內(nèi)。牽引電機(jī)異常振動導(dǎo)致了客室地板的異常振動，更換牽引電機(jī)可以顯著降低振動水平。