地鐵列車牽引電機檢修中的異常振動研究

蘇曉奇 楊小莉 牟彥強

摘要：本文以牽引電機作為分析對象，探究牽引電機設(shè)備對于列車運營的意義，并結(jié)合現(xiàn)有振動檢測實例，討論異常振動現(xiàn)象危害，最后根據(jù)振動分析數(shù)據(jù)，得出分析結(jié)果，加快異常振動故障原因的尋找，保證地鐵列車的牽引電機設(shè)備運營穩(wěn)定，提高地鐵出行產(chǎn)業(yè)收益。

關(guān)鍵詞：電機轉(zhuǎn)子;牽引電機故障;異常振動

1牽引電機對地鐵列車運營的重要性

牽引電機在地鐵列車進行保養(yǎng)維修時，需要對其進行使用性能上的多項測試，以此來準確監(jiān)測電機使用狀態(tài)，并判斷有無故障，提升電機作業(yè)穩(wěn)定性。牽引電機運行時間較長時，易發(fā)生檢修中的振動異常行為，這不利于電機設(shè)備進行后續(xù)列車供能工作，所以牽引電機應保持較高振動檢測頻率，減少、避免振動異常危害出現(xiàn)。良好的牽引電機設(shè)備將會促進地鐵列車更好完成運營工作，借助振動測試儀設(shè)備，檢修人員可得到牽引電機振動頻譜，由此便可發(fā)現(xiàn)電機異常危害，進行良好處理維修工作，保證地鐵交通產(chǎn)業(yè)能平穩(wěn)發(fā)展。

2牽引電機振動檢測

北京地鐵14號線檢測人員在車輛架修中發(fā)現(xiàn)有8臺振動較大的牽引電機，此種現(xiàn)象在此之前的檢修中鮮見。表1給出了8臺牽引電機的振動速度檢測結(jié)果。

由表1可見，8臺牽引電機振動速度已經(jīng)超出IEC60349-2電機振動速度不大于3.5mm/s（電機空載轉(zhuǎn)速不大于3600rpm）、電機振動速度不大于5.25mm/s（電機空載轉(zhuǎn)速超過3600rpm）的標準要求。振動速度較大的點較多出現(xiàn)在電機驅(qū)動端水平徑向、驅(qū)動端軸向、非驅(qū)動端軸向。

從表1牽引電機振動速度檢測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)一些異常振動的共性現(xiàn)象，為此，對牽引電機振動速度進一步進行頻譜分析。

3牽引電機的異常振動分析

3.1振動分析的方法

針對牽引電機其振動異?，F(xiàn)象，可利用相應振動分析辦法，來將振動位置準確信息加以收集，以此來分析異常振動現(xiàn)實危害及對應的解決方案。因共性現(xiàn)象出現(xiàn)，檢修人員對振動信號加以采集分析，通過頻譜分析方式，發(fā)現(xiàn)振動信號中包括簡諧振動分量以及其他分量、隨機噪聲等，經(jīng)過各因素疊加，形成最終的振動異常信號。地鐵列車牽引電機檢修中的異常振動頻譜分析方式可將混亂的振動信號做以合理拆解，把各信號成分重新轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹皖l率、相位都保持統(tǒng)一的簡諧振動，降低振動分析難度。牽引電機在運行轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的各種頻率分量將直接體現(xiàn)出電機轉(zhuǎn)子其轉(zhuǎn)速等特征，而且應用到的振幅譜線，其高度便能明確展示出轉(zhuǎn)子振動期間產(chǎn)生的振幅大小。因此在振動分析辦法中，使用幅值譜圖是較為高效、便捷的方式，可以在譜圖中顯示出各類頻率下所內(nèi)含的分量振幅大小。

3.2振動頻譜采集及分析

3.2.1頻譜采集

在振動信號采樣中使用了德國普盧福便攜式頻譜儀，該頻譜儀可以方便快捷獲取振動頻譜。振動傳感器采用壓電式速度-加速度傳感器，檢測頭采用磁性底座固定，傳感器安裝在牽引電機上的6個點如圖2所示。

3.2.2頻譜分析

根據(jù)表1和頻譜采樣結(jié)果可知，振動最大位置都在電機驅(qū)動端水平處①點，因此可以著重對此處的振動頻譜圖進行分析得到牽引電機振動速度峰值為6.133mm/s，其所在的頻率為25Hz，說明振動原因是來自于周期頻率為25Hz的運動部件。其余振動速度峰值0.603mm/s、0.4mm/s、0.675mm/s所處的頻率分別為50Hz、75Hz、100Hz，這些振動速度值均較小，振動頻率均在以25Hz為基頻的整數(shù)倍上，且這些振幅均遠低于標準要求的3.5mm/s，所以對振動的影響不大。根據(jù)牽引電機的轉(zhuǎn)動頻率公式f=n/60，可以得出當牽引電機轉(zhuǎn)速n=1500轉(zhuǎn)/s時，周期T=0.04s，即轉(zhuǎn)動頻率f0=25Hz，此頻率與頻譜圖上所顯示的最大振幅值的頻率非常吻合。由此可以判斷，此牽引電機的振動可能為單個旋轉(zhuǎn)體不平衡造成，比如電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動1圈，轉(zhuǎn)子上存在缺陷的部位在旋轉(zhuǎn)到一固定角度位置時也就隨之產(chǎn)生1次周期性波動。設(shè)備檢修對8臺電機異常振動信號進行頻譜分析，可以發(fā)現(xiàn)頻譜圖顯示的波形特征非常相似，特點表現(xiàn)如下。

（1）在時域波形圖上表現(xiàn)為以1倍頻（1f0）為頻率的正弦振動曲線。

（2）在頻域頻譜圖上的最大速度振幅值的頻率會根據(jù)電機轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生改變，這種改變依然滿足f=n/60的計算結(jié)果;同時，在頻域圖上也會伴有幅值較小的頻率，多為2f0、3f0、4f0。

（3）當電機轉(zhuǎn)速升高，基頻頻率處的振動也會隨之變大，波形也越接近正弦波;當電機轉(zhuǎn)速降低，最高振幅基頻頻率處的振動也會隨之降低，正弦波形逐漸失真;當轉(zhuǎn)速降低到一定程度后，振動消失。通過以上頻譜分析可以判斷，牽引電機異常振動的原因可能是單個轉(zhuǎn)子動不平衡量發(fā)生了變化。

4振動分析結(jié)果驗證

牽引電機在生產(chǎn)中已經(jīng)對電機內(nèi)的轉(zhuǎn)子做了動平衡校準，為了驗證頻譜分析結(jié)果，需要將電機拆解檢查，以便確認上述的分析判斷是否與實際相符。牽引電機返回原廠后進行了測試，牽引電機運轉(zhuǎn)正常。將牽引電機進行拆解也未發(fā)現(xiàn)牽引電機表面有任何損傷，牽引電機轉(zhuǎn)子校準的動平衡塊固定完好，說明牽引電機轉(zhuǎn)子動平衡機械部分完好。再次把牽引電機轉(zhuǎn)子單獨放置在動平衡機上進行動不平衡檢測，測試發(fā)現(xiàn)牽引電機的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了動不平衡現(xiàn)象，動不平衡量超出了標準要求。轉(zhuǎn)子不平衡量校正質(zhì)量是按照ISO1940標準中的G2.5級要求，并根據(jù)轉(zhuǎn)子質(zhì)量、校正半徑、平衡精度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)計算出的允許不平衡（質(zhì)）量，計算結(jié)果為3.5g。得到結(jié)論動不平衡量超過了要求值，說明電機轉(zhuǎn)子允許不平衡量發(fā)生了變化，需要重新配置平衡塊并對轉(zhuǎn)子的不平衡量重新進行校正。

按照標準對牽引電機轉(zhuǎn)子重新校正完成后，對重新裝配后的牽引電機進行空載振動測試，其振動速度有效值測試結(jié)果下：電機編號483驅(qū)端的非驅(qū)端垂直徑向、軸向、水平徑向分別為0.4、0.4、0.4;電機編號483的非驅(qū)端垂直徑向、軸向、水平徑向分別0.5、0.8、0.4從電機483的數(shù)據(jù)可以看出，在對電機轉(zhuǎn)子動不平衡量重新校準后，電機的振動速度有效值再次恢復到標準所要求的3.5mm/s以下。使用頻譜儀再次采集電機驅(qū)動端水平徑向點①處的振動數(shù)據(jù)，采樣后顯示最高速度振幅為0.9mm/s，頻率為50Hz，最高速度振幅值低于振動速度的標準要求。而原25Hz的最高振幅也降至0.25mm/s以下，如圖3所示，說明頻譜圖分析可以有效地反映出異常振動產(chǎn)生的原因，上述頻譜分析結(jié)果正確。

5結(jié)論

綜上，地鐵列車其牽引電機設(shè)備將為列車運行提供較穩(wěn)定能量支持，在檢修時發(fā)現(xiàn)振動異?，F(xiàn)象，這將對列車運行起到一定危害，所以借助振動頻譜方式來提升檢修人員對牽引電機現(xiàn)階段性能的了解，及時調(diào)整地鐵列車運行性能，保證居民出行安全、放心。

參考文獻

[1]容長生，侯世旭，劉鋒等.和諧型機車牽引電機繞組檢修技術(shù)研究[J].鐵道機車車輛，2019，39（06）：86-88.

[2]楊國升，焦春霞，楊雨豪.HXD_2電力機車C6修首列車牽引電機定子絕緣性能檢測分析[J].大眾標準化，2019（05）：29-31.

[3]邱新鋒，張穎.地鐵列車牽引電機檢修中的異常振動分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（01）：25-27+32.