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，探究牽引電機設備對于列車運營的意義，并結合現有振動檢測實例，討論異常振動現象危害，最后根據振動分析數據，得出分析結果，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備運營穩定，提高地鐵出行產業收益。

關鍵詞：電機轉子;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，以此來準確監測電機使用狀態，并判斷有無故障，提升電機作業穩定性。牽引電機運行時間較長時，易發生檢修中的振動異常行為，這不利于電機設備進行后續列車供能工作，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。良好的牽引電機設備將會促進地鐵列車更好完成運營工作，借助振動測試儀設備，檢修人員可得到牽引電機振動頻譜，由此便可發現電機異常危害，進行良好處理維修工作，保證地鐵交通產業能平穩發展。

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現有8臺振動較大的牽引電機，此種現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果。

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

從表1牽引電機振動速度檢測數據可以發現一些異常振動的共性現象，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實危害及對應的解決方案。因共性現象出現，檢修人員對振動信號加以采集分析，通過頻譜分析方式，發現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變為振幅和頻率、相位都保持統一的簡諧振動，降低振動分析難度。牽引電機在運行轉動時，產生的各種頻率分量將直接體現出電機轉子其轉速等特征，而且應用到的振幅譜線，其高度便能明確展示出轉子振動期間產生的振幅大小。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

根據表1和頻譜采樣結果可知，振動最大位置都在電機驅動端水平處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。根據牽引電機的轉動頻率公式f=n/60，可以得出當牽引電機轉速n=1500轉/s時，周期T=0.04s，即轉動頻率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體不平衡造成，比如電機轉子每轉動1圈，轉子上存在缺陷的部位在旋轉到一固定角度位置時也就隨之產生1次周期性波動。設備檢修對8臺電機異常振動信號進行頻譜分析，可以發現頻譜圖顯示的波形特征非常相似，特點表現如下。

（1）在時域波形圖上表現為以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電機轉速的變化而發生改變，這種改變依然滿足f=n/60的計算結果;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子動不平衡量發生了變化。

4振動分析結果驗證

牽引電機在生產中已經對電機內的轉子做了動平衡校準，為了驗證頻譜分析結果，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，牽引電機運轉正常。將牽引電機進行拆解也未發現牽引電機表面有任何損傷，牽引電機轉子校準的動平衡塊固定完好，說明牽引電機轉子動平衡機械部分完好。再次把牽引電機轉子單獨放置在動平衡機上進行動不平衡檢測，測試發現牽引電機的轉子出現了動不平衡現象，動不平衡量超出了標準要求。轉子不平衡量校正質量是按照ISO1940標準中的G2.5級要求，并根據轉子質量、校正半徑、平衡精度、轉速等參數計算出的允許不平衡（質）量，計算結果為3.5g。得到結論動不平衡量超過了要求值，說明電機轉子允許不平衡量發生了變化，需要重新配置平衡塊并對轉子的不平衡量重新進行校正。

按照標準對牽引電機轉子重新校正完成后，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果下：電機編號483驅端的非驅端垂直徑向、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的數據可以看出，在對電機轉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動端水平徑向點①處的振動數據，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生的原因，上述頻譜分析結果正確。

5結論

綜上，地鐵列車其牽引電機設備將為列車運行提供較穩定能量支持，在檢修時發現振動異?，F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階段性能的了解，及時調整地鐵列車運行性能，保證居民出行安全、放心。

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