高速列车轴承研究文献综述讲义.docVIP

铁路机车车辆轴承伤损研究综述 1 列车轴承故障研究的重要意义 铁路是国民经济的大动脉，它担负着大部分的运输任务，而机车车辆是完成这些任务的运载工具。随着经济的快速发展和技术的不断进步，我国铁路也正在向着高速重载的现代化方向发展。 近几年来，我国铁路投资进入加速阶段，铁路建设有着很大的发展机遇。2008 年 8 月 1 日，中 国第一条高速铁路—京津城际铁路开通运行。这条高铁的开通，只是拉开了中国高速铁路建设 和运营的序幕，其背后是正在筹划和完善的中国高速铁路网。截止到 2020 年为止，中国高速铁路总运营里程将达到一万多公里，中国将成为世界上高速铁路投产运营里程最长、再建规模最大的国家。届时，中国的高速铁路已经初步成网。随着高速铁路建设高峰的到来，中国高速铁路车辆制造对进口轴承和国产轴承的需求大幅度增长[1]。目前，时速 160 公里以上的动车组的轴箱轴承主要还是依靠进口，铁道部曾经考虑从国外引进高速铁路轴箱轴承技术，但未能如愿。并且，长期以来，铁路车辆燃、切轴现象一直是困扰 着铁路部门和很多研究学者的难点问题，而导致这些事故的焦点就是轴承。因此，轴承的故障问 题直接影响到铁路运输的安全、速度和质量。特别是高速列车轴承，因为其较高的时速，也就对轴承故障诊断有着更高的要求。目前针对轴承故障的研究主要从滚动轴承故障监测和诊断技术，利用相关分析软件进行铁路轴承的仿真和轴承故障的机理分析三个方面，而且三个方面是相互关联，彼此相互影响，其中任何一个取得进展都会促进其他的研究步伐。所以，要从宏观整体把握这三个研究方向的发展状况。最终的目的是保障列车行驶中的安全性和稳定性[2]。 据调研了解，目前我国高速列车在行驶规定的固定行程之后就统一成批次更换新轴承，这样可以保证将因为高速列车轴承的失效引起事故的风险降到最低，但是，事实表明，在更换下来的轴承中，有好多轴承是没有失效的，而且目前我国高速列车使用的轴承都是进口轴承，价格昂贵。这样就势必造成巨大的经济浪费，所以，为了解决这一问题。轴承故障诊断的目的是当轴承在正常情况下运转时，能够及时的捕捉到轴承破坏的信号，并且及时的对各种异常的状态或者故障状态做出准确的判断，以便预防或者是消除故障，提高轴承运行的可靠性、安全性和有效性，从而减少或避免不必要的损失发生，降低设备的维修成本等。虽然近几年铁路部门和一些研究学者在轴承故障诊断方面做了很多研究，但是由于技术和设备等一些原因，使得轴承故障诊断问题并没有得到很好的解决。所以，轴承的运行工况实时跟踪检测和轴承的故障检测，可以预测轴承的性能状态走向，显得尤为重要。这样即保证高速列车行驶中的安全而且可以不用成批次的更换轴承，在检测系统反馈的轴承运行的状态信息中，发现那些轴承即将会出现问题。则有针对性的更换轴承。合理充分的使单个轴承都达到最大的利用率。比目前的成批次的更换轴承节约了巨大成本[3]。 2 列车轴承故障监测和诊断技术 2.1国内外研究现状 列车轴承故障诊断技术在国外的发展较早，也较为迅速。早在六十年代美国铁路部就开发了随车检测装置技术。而在高速列车轴承故障的研究方面，欧洲高铁和日本新干线等，对于车载子系统的安全检测和故障诊断技术较为先进，处于世界领先水平。德国 ICE 高速列车自检系统是列车检测诊断系统，运行中能够不断检测机车的运行状态和机械设备的故障，预警故障并将诊断数据实时无线传送给地面的检测部门。日本新干线高速列车运行多年但没有发生故障，这得益于其科学的管理和监测，能够对设备进行动态监测，通过显示屏可以准确预测故障发生部位[4,5,6]。 我国在轴承故障诊断技术方面起步较晚，但随着经济水平的不断提高，科学技术的不断发展，以及我国科研人员的不懈努力，轴承故障诊断技术也取得了一定的突破和研究成果。文献［7］提出以分形网格维数为特征量，利用维数距离函数判别待测信号与原始信号的相似程度，以此诊断轴承故障。文献［8］提出了一种基于幅值倒频谱分析与经验模态分解的轴承故障诊断方法，并通过试验证明了该方法的有效性。文献［9］通过计算对比得到分形盒维数和关联维数的优劣，指出分形盒维数能够更好地分析含噪较重的信号。同时提出滚动轴承正常信号盒维数大于故障振动信号盒维数。文献［10］在掌握振动轴承工作状态的基础上，改进了包络解调理论分析法中的脉冲冲击模型，建立振动轴承点点蚀故障振动模型，提出了振动轴承内、外圈点蚀故障的判别依据。2012年，中南大学王靖为了解决常规谱分析技术在列车轴承故障诊断中的误诊和漏诊问题，分析了列车轴承频带变化类故障的振动机理，研究了一种基于数据插值重采样分析的诊断方法;仿真分析与实验结果表明，该诊断方法能准确、有效地识别列车轴承早期故障。 2.2 列车轴承故障诊断的发展趋势 随着大批滚动轴承故障诊断技术的出现，滚动轴承的诊断技术