摘要：针对目前地铁车辆转向架在运行过程中存在的问题，文章分析了地铁车辆转向架轴承的故障模型以及故障识别的搜索算法，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
关键词：南京地铁；车辆转向架轴承；小波包-包络分析法；滚动轴承
（一）工程概况
南京地铁一号线南起建邺区，北至栖霞区，全长72km。其中占总线路7.4%的地面线长为1.596公里；占总线路24.2%的高架线长为5.26公里；占68.4%的地下为841公里。此外，该工程的配线全长为0.808公里。设计要求一号线列车由两个单元6个车厢组成，每个单元需要配备一辆拖车和两辆动车。基于南京地铁架修设计的稳定性考虑，相关建设人员应掌握车辆转向架轴承故障的诊断方法，以提高地铁工程建设使用的安全性。
（二）地铁车辆转向架轴承故障模型
转向架轴承是地铁车辆中的重要组成构件，其直接决定着地铁列车运行的安全性。因此，相关建设者应采用相关的轴承故障诊断技术，来保证车辆运行的稳定性。具体来说，如果滚动轴承的局部出现了损伤，则但其在运转时，其他的零部件也会出现不同程度的损伤点，从而对激励轴向及其支撑结构产生冲击力。在此情况下，地铁车辆转向架轴承就会出现减幅震荡，整个频率又被称为故障特征的频率。可以通过了解轴转速以及损伤发生的具体位置点对故障发生的具体位置进行诊断。按滚动体进行区分，可以分成滚子轴承以及球轴承两种类型，而其中的滚子轴承又可以根据其滚子的种类划分不同的类型，比如圆锥滚子轴承等。滚动轴承的典型结构图如下所示：
图1 滚动轴承的典型结构图
由上图可以得出，A、B点的回转半径公式为：
在此基础上，就可计算出车辆转向架轴承滚动体故障特征频率。当转向架轴承滚动体的缺陷正好处在图1所示的横截面上时，当其进行自传时则可以冲击内外圈的滚道。当轴承运行时出现的故障越重，那么其冲击程度也会明显加深。对于内外圈的故障特征频率也是如此，均会随着轴承滚动体的质心与每个滚动体各发生一次冲击碰撞[1]。
由于地铁车辆转向架轴承出现故障的早期，其反映损伤位置的故障特征频率比较弱，这就使得根据振动信号诊断故障的频域分析法难以发挥作用。因此，可采用共振解调法来诊断轴承故障，其能够检测到轴承元件高频固有振动。这样一来，就能够使用带滤波器将固有频率当中存在的某一频带信号提取出来，并求出更加详细的网络谱，即可得出具体的调制信息。而小波包-包络分析的作用实质就是共振解调。因此，相关研究人员可采用该故障诊断法，得到轴承晕妆的调制频率及其高次谐波。此外，在通常情况下，应用共振解调法时，并不能准确将轴承运转的固有频率进行确定，所以相关的研究人员可以积极利用小波包分解在各个频带内带入已经分解了的原始振动信号。这样一来，就可利用FFT以及Hilbert变换，就能够得到更加详细的频带重构的包络谱，最终将信号的调制信息准确解调出来。对于故障情况的分析，要根据故障识别搜索算法来计算出损伤各节点的包络谱。
（二）地铁车辆转向架轴承故障识别搜索算法
第一步，令轴承故障标准变量S=0，谐波次数N=1，将搜索的临界值进行设定。
第二步，对轴承故障出现的特征频率进行计算。
第三步，将中心频率定位N倍的轴承故障特征频率，并对最大值以及频率值进行搜索，如果计算出的频率值与N倍的故障特征频率值相等，则就可以开展下一步的操作。如果不等于，那么就进行N+1计算，直至得出相应的故障特征频率。值得注意的是，当N＞3，则要输出S，结束搜索。反之，则要返回第三步进行重新计算。
最后，继续在搜索频带中对第二大值进行搜索，从而计算出与之相关的比值P，然后将P与初始设定搜索临界值相比，如果P值比临界值大，则要使S=1，并输出S结束搜索，否则N+1。当N＞3时，也应输出S结束搜索，反之返回第三步进行重新计算。具体的搜素算法流程如图2所示[2]。
图2 轴承故障识别搜素算法流程图
相关的研究人员在实际的诊断中使用该类搜索算法时，首先要对轴承内部是否出现了内圈故障或外圈故障等进行准确的判断，并根据实际的情况设置更多的标志变量间故障实际发生的情况表示出来，这样就能在搜索频道中心频率融合故障特征频率和高次谐波频率开展相关的搜索工作，最后车辆的转向架轴承运作的人员就能以故障标志的变量值为基础，对轴承发生故障的实际情况进行诊断，比如可以在S、U、V的故障标志变量中融入外圈、轴承滚动体等方面的内容，以提高构件故障分析的便捷性。
结束语
综上所述，转向架的滚动轴承是组成地铁车辆的重要构件之一，其发生的运转故障将在很大程度上降低地铁运行的安全稳定性。基于此，相关建设人员应在分析其故障模型以及故障识别搜索算法的基础上，对故障问题的影响进行控制。
参考文献：
[1]刘建强，赵治博，章国平，王广明，孟双，任刚.地铁车辆转向架轴承故障诊断方法研究[J].铁道学报，2015，01：30-36.
[2]朱开勇.城市轨道交通车辆转向架轴承故障诊断相关问题分析[J].住宅与房地产，2016，15：247.
论文作者:许玉斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：转向架论文; 轴承论文; 故障论文; 频率论文; 车辆论文; 地铁论文; 特征论文; 《基层建设》2019年第17期论文;