【文章內(nèi)容簡介】 電(1．5 kV)激發(fā)后，發(fā)出特定光譜的性質(zhì)來判定某種元素是否存在，然后根據(jù)這些元素發(fā)射出的光譜強度進行定量分析，得出元素的濃度值。這種方法操作簡便、分析速度快、測量精度高、靈敏度好。但其缺點是設(shè)備(如美國Baird公司的MOA直讀發(fā)射光譜儀)價格昂貴．所得結(jié)果不能給出磨屑的外形、尺寸等信息，不能反映磨屑產(chǎn)生的原因。而且這種方法只適用于懸浮在油液中小于10um的磨屑，而對于磨損嚴(yán)重的較大顆粒磨屑則無能為力。吸收光譜分析是將分析油樣送人燃燒器霧化，其中各種磨屑微粒被原子化，而處于吸收狀態(tài)。另外，采用一種能發(fā)出不同元素波長的光源（空心陰極燈），當(dāng)它發(fā)出的射線穿過燃燒器的火焰時，就被相應(yīng)磨屑微粒元素的原子吸收．其吸收量正比于該元素的濃度。通過標(biāo)定就能夠準(zhǔn)確地測出其濃度值。這種方法的測量精度較高，而且消除了周圍環(huán)境的干擾。一般說來，這種方法每測量一種元素就需要更換相應(yīng)的光源，比較麻煩。目前已有雙束光、多通道的吸收光譜分析儀，可以一次分析多種元素，而且將油樣直接送入燃燒器，克服了原來方法的不足。潤滑油光譜分析技卞由于操作簡便、分析速度快、測量精度高等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，我國鐵路20世紀(jì)80年代曾從美國Baird公司購置了大批的發(fā)射光譜分析儀，在各個鐵路局均設(shè)置了潤滑油光譜分析中心(站)．潤滑油光譜分析技術(shù)已經(jīng)成為機車車輛故障診斷技術(shù)的重要手段。(2) 鐵譜分析技術(shù)鐵譜分析技術(shù)是利用磁場來分離和診斷潤滑油樣中的磨屑微粒，從而分析和判斷機械裝備摩擦副的磨損情況。當(dāng)油樣通過鐵譜儀的高強度、大梯度的磁場時，油樣中的微粒在譜片上迅速、有序地沉積。沉積的規(guī)律受微粒的尺寸、形狀、密度、磁化率和油的物理性質(zhì)等的影響。然后通過光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡或X射線能譜儀對譜片進行分析，由磨屑的形態(tài)、大小、成分、濃度和粒度分布等分析出裝備的磨損狀況。根據(jù)對磨屑分析和處理方法的不同．鐵譜分析儀之分為：分析式、直讀式、氣動式、在線式鐵譜分析儀等。鐵譜分析技術(shù)比較簡單實用．我國自行研制和生產(chǎn)了許多鐵譜分析儀，在鐵路機車車輛上得到了大量應(yīng)用。它不但能夠分析出磨屑的成分和濃度，而且還能夠根據(jù)磨屑的形狀、顏色和粒度分布等來分析和判定磨損的原因和部位．還可在線監(jiān)測。鐵譜分析技術(shù)的缺點是只適用于尺寸大于1um的磨屑顆粒分析，對于非磁性材料則無能為力。由上述分析可以看出．潤滑油光譜分析和鐵譜分析技術(shù)各有特點，在實際使用中可相互補足。例如光譜分析對0．01～1um的磨粒分析效率最高；而鐵譜分析在粒度為1～1 000 um級時，分析效率可達(dá)l00％。因此．兩種技術(shù)綜合使用，則會增強潤滑油分析的診斷范圍和深度。5．性能趨向診斷性能趨向診斷是通過對性能參數(shù)劣化趨勢的監(jiān)測，而對裝備進行故障診斷。這種診斷方法已經(jīng)應(yīng)用了幾十年， 是一種傳統(tǒng)的故障診斷方法。性能參數(shù)的劣化趨勢是指性能參數(shù)(例如壓力、溫度等作為因變數(shù))隨另外的參數(shù)(例如時間等作為自變數(shù))向壞方向的變化趨勢?？梢员碚餍阅艿闹饕獏?shù)有：長度、質(zhì)量、時問、電流、溫度、光強等；由這些參數(shù)推導(dǎo)出的參數(shù)：力、壓力、功、能量、功率、電荷、電位差、電阻、電容、電感和導(dǎo)熱率等；以及由這些參數(shù)推導(dǎo)出的函數(shù)關(guān)系：燃油消耗率、力矩、沖量、流量等。高速動車組常用的診斷技術(shù)有：電機、電器的診斷、電子控制設(shè)備的診斷，振動診斷，聲診斷，紅外線診斷，潤滑油分析和性能趨向檢測等。診斷技術(shù)不只包括硬件設(shè)備，更重要的是軟件系統(tǒng)，特別是人工智能和專家系統(tǒng)。第3章 高速列車走行部的結(jié)構(gòu)原理及典型故障分析 走行部的結(jié)構(gòu)原理與輪對的檢測 走行部的結(jié)構(gòu)走行部(running gear)是機車車輛及動車組在牽引動力作用下沿線路運行的部分。它是機車車輛結(jié)構(gòu)中重要的部件。鐵路車輛發(fā)展的初期，載重量小，容積也不大，一般采用二軸車的結(jié)構(gòu)形式，車輛直接安裝在車體下方，稱為無轉(zhuǎn)向架車輛。隨著車輛載重量的增大，一般多采用轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)向架是將兩個及其以上輪對通過專門的構(gòu)件組成的一個整體部件。1. 作用 1) 保證車輛靈活、安全平順地沿鋼軌運行和通過曲線；2) 可靠地承受作用于車輛各種力量并傳給鋼軌；3) 緩和車輛和鋼軌的相互沖擊，減少車輛振動，保證足夠的運行平穩(wěn)性和良好的運行質(zhì)量；4) 具有可靠的制動機構(gòu)，使車輛具有良好的制動效果。2. 組成 由于車輛的用途、運行條件、制造和檢修能力等因素的不同，轉(zhuǎn)向架的類型很多，結(jié)構(gòu)各異。一般轉(zhuǎn)向架主要由輪對、側(cè)架和搖枕、軸箱油潤裝置、彈簧減振裝置、基礎(chǔ)抽動裝置所組成（）。 轉(zhuǎn)向架的組成3. 輪對 由一根車軸和兩個車輪壓裝成一體。在車輛運行過程中，車輪和車軸之間不容許有相對位移。輪對（）承受著車輛的全部重量，且在軌道上高速運行時還承受著從車體、鋼軌兩方面?zhèn)鱽淼钠渌鞣N作用力。輪對的質(zhì)量直接影響列車運行安全，因此對它的制造、檢修均有嚴(yán)格規(guī)定。 輪對鐵路車輛用的車軸根據(jù)所用的軸承型式，可分為滑動軸承車軸（又稱滑動車軸）和滾動軸承車軸（又稱滾動車軸）。車軸絕大多數(shù)是圓截面實心軸。車軸端部設(shè)有螺紋，以便安裝緊定型螺母，限制軸承內(nèi)圈外移。輪座——車軸的最粗部分，是壓裝車輪的地方。軸頸——安裝軸承，它負(fù)擔(dān)著車輛重量，并傳遞各方向的靜、動載荷。軸身——車軸中央部分，該部位受力較小。鐵路車輛車輪的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材質(zhì)是多種多樣的。按其用途可分為客車用、貨車用、機車用車輪，按其結(jié)構(gòu)分有整體輪與輪箍輪。輪箍輪又可分為鑄鋼輻板輪心、輾鋼輻板輪心及鑄鋼輻條輪心的車輪。整體輪按其材質(zhì)又可分為輾鋼輪、鑄鋼輪等。為降低噪聲、減小簧下質(zhì)量，國外還采用彈性車輪、消音車輪、起皺輻板車輪等新型車輪。無論任何形式車輪，與鋼軌直接接觸的部分主要是輪緣和踏面。1踏面：是車輪與鋼軌頭部的接觸面。在踏面上設(shè)有1：20的斜坡，能使車輛的重心落在線路中心線上，以克服和減輕車輛的蛇行運行，并順利地通過曲線。2輪緣：是車輪踏面內(nèi)側(cè)突起的部分。其作用是引導(dǎo)車輪的運行方向，防止車輪脫軌，保證車輛安全運行。 輪對的檢測與故障診斷輪對是機車走行部重要的部件之一，在運行的機車車輛中，輪對直接受軌道的沖擊作用，是工作條件最惡劣的部件，也是機車走行部最容易出故障的部件。輪對部分的故障常常是車輛系統(tǒng)和運行線路系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)發(fā)生惡化的原因。輪對故障的基本形式1. 輪對踏面擦傷對于輪對部分來說，車輪的踏面擦傷是系統(tǒng)易發(fā)故障。踏面擦傷后不僅使乘坐舒適度惡化、噪聲影響鐵路沿線，而且還加劇了車輛與軌道之間的沖擊振動，甚至產(chǎn)生“砸軌”現(xiàn)象，嚴(yán)重時會導(dǎo)致鋼軌斷裂；輪、軌間沖擊加大后，還會破壞軸承，使軸承保持架折斷或損傷滾道和滾子，危及行車的安全。車輪踏面擦傷的形成主要與軸重、車速、制動力及軌面干濕狀況有關(guān)。主要原因有：(1)列車啟動或加速時，閘瓦沒有緩解，造成車輪在軌道上滑行。(2)列車制動時制動力不均或過大，閘瓦抱死車輪，使之在軌面上滑行，形成一塊或數(shù)塊擦傷。例如，機車制動機、給氣閥作用不良，使制動管壓力過高而導(dǎo)致制動力過大；制動機出現(xiàn)故障使列車在緊急制動時，制動快慢不一，制動力不均勻；制動缸活塞行程調(diào)整不及時，致使制動力強弱不一；不同車型車輛掛接時，各車輛制動率不同，制動率過高的易發(fā)生踏面擦傷。(3)同一輪對車輪直徑相差過大。(4)嚴(yán)寒季節(jié)軌面上有雨雪、霜凍、油污等，使輪軌黏著系數(shù)降低，制動力大于黏著力。2. 車輪輪廓尺寸改變在輪對與鋼軌的相互作用下，將使車輪的輪廓產(chǎn)生磨耗，從而改變車輪輪廓尺寸。車輪的輪廓尺寸與車輪內(nèi)側(cè)距離是列車安全運行的決定性參數(shù)。3. 車輪發(fā)生裂紋隨著列車速度的提高和運行時間的延長，會加速車輪踏面出現(xiàn)裂紋類缺陷。這些缺陷不僅會因為滾動不均勻而降低乘坐舒適度，而且這種缺陷越嚴(yán)重，安全隱患程度就越高。一般情況下，常見的齒輪失效形式主要有四種，即斷裂、磨料磨損、擦傷以及疲勞剝落。1. 齒輪的疲勞斷裂失效齒輪在運行過程中承受載荷，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用。當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。此外，齒輪在工作中受到嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。當(dāng)齒輪受到過高的交變周期應(yīng)力時，也會引起疲勞斷裂。2．齒輪的磨損失效當(dāng)齒輪工作面間潤滑油不足或油質(zhì)不清潔，有金屬微粒、金屬氧化物或其他硬質(zhì)磨料存在時，會引起磨料磨損。這些外界的硬質(zhì)微粒開始先嵌入一個工作表面，然后以微粒切削的形式從另一工作表面挖去金屬的微小微粒，或在塑性流動下引起齒輪金屬表面變形，使齒廓顯著改變，側(cè)隙加大，以至于齒厚過度減薄導(dǎo)致斷齒。一般情況下，當(dāng)潤滑油料中夾雜有直徑30um以上的磨料時，就會在齒輪運行中引起磨料磨損。3. 齒輪的擦傷失效重載和高速的齒輪傳動，使齒面工作區(qū)溫度很高。如潤滑條件不好，齒面間的油膜破裂，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕膠合。新齒輪未經(jīng)跑合時，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。一般來說，當(dāng)潤滑油黏度過低、轉(zhuǎn)速過低、運行溫度過高以及接觸面積過小，均會使油膜破裂而造成齒面擦傷。4. 齒面接觸疲勞齒輪在嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。這兩種力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應(yīng)力。當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的剪切疲勞極限時表面將產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴展，最終會使齒面金屬小塊剝落，在齒面上形成小坑，稱為點蝕。當(dāng)“點蝕”擴大，連成一片時，形成齒面上金屬塊剝落，齒面上剩余的工作面積無法再繼續(xù)承受外部載荷，從而使整個齒產(chǎn)生斷裂。此外，材質(zhì)不均或局部擦傷，也易在齒輪的某一輪齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。 1．齒輪故障的常見形式齒輪由于結(jié)構(gòu)型式、材料與熱處理、操作運行環(huán)境與條件等因素不同，發(fā)生故障的形式也不同，常見的齒輪故障有以下幾類形式。(1) 齒面磨損潤滑油不足或油質(zhì)不清潔會造成齒面磨粒磨損，使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至由于齒輪過度減薄導(dǎo)致斷齒。一般情況下，只有在潤滑油中夾雜有磨粒時，才會在運行中引起齒面磨粒磨損。(2) 齒面膠合和擦傷對于重載和高速齒輪的傳動，齒面工作區(qū)溫度很高，一旦潤滑條件不良，齒面間的油膜便會消失，一個齒面的金屬會熔焊在與之嚙合的另一個齒面上，在齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。新齒輪未經(jīng)磨合便投入使用時，常在某一局部產(chǎn)生這種現(xiàn)象，使齒輪擦傷。(3) 齒面接觸疲勞齒輪在實際嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反，從而產(chǎn)生脈動載荷。載荷和脈動力的作用使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循環(huán)變化的剪應(yīng)力，當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時，接觸表面將產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著裂紋的擴展，最終使齒面剝落小片金屬，在齒面上形成小坑，稱之為點蝕。當(dāng)“點蝕”擴大連成片時，形成齒面上金屬塊剝落。此外，材質(zhì)不均勻或局部擦傷，也容易在某一齒上首先出現(xiàn)接觸疲勞，產(chǎn)生剝落。(4) 彎曲疲勞與斷齒在運行過程中承受載荷的輪齒，如同懸臂梁，其根部受到脈沖循環(huán)的彎曲應(yīng)力作用最大，當(dāng)這種周期性應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極限時，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。齒輪由于工作中嚴(yán)重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能會引起斷齒。斷齒和點蝕是齒輪故障的主要形式。齒輪故障還可分為局部故障和分布故障。局部故障集中在一個或幾個齒上，而分布故障則在齒輪各個輪齒上都有體現(xiàn)。2．齒輪故障的原因產(chǎn)生上述齒輪故障的原因較多，但從大量故障的分析統(tǒng)計結(jié)果來看，主要原因有以下幾個方面：(1)．制造誤差齒輪制造誤差主要有偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心是指齒輪（一般為旋轉(zhuǎn)體）的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心不重合，齒距偏差是指齒輪的實際齒距與公稱齒距有較大誤差，而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。(2)．裝配不良齒輪裝配不當(dāng)會造成工作狀態(tài)劣化。當(dāng)一對互相嚙合的齒輪軸不平行時，會在齒寬方向只有一端接觸，或者出現(xiàn)齒輪的直線性偏差等，使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻，不能平穩(wěn)地傳遞動扭矩，這種情況稱為“一端接觸”，會使齒的局部承受過大的載荷，有可能造成斷齒。(3)．潤滑不良對于高速重載齒輪，潤滑不良會導(dǎo)致齒面局部過熱，造成色變、膠合等故障。導(dǎo)致潤滑不良的原因是多方面的，除了油路堵塞、噴油孔堵塞外，潤滑油中進水、潤滑油變質(zhì)、油溫過高等都會造成齒面潤滑不良。(4)．超載對于工作負(fù)荷不平穩(wěn)的齒輪驅(qū)動裝置（例如礦石破碎機、采掘機等），經(jīng)常會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，就會造成輪齒過載斷裂，或者長期過載導(dǎo)致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。(5)．操作失誤操作失誤通常包括缺油、超載、長期超速等，都會造成齒輪損傷、損壞。下面介紹利用相位分析的殘差法和解調(diào)法。1．殘差法齒輪信號中總是包含很強的“常規(guī)振動”成分，由故障造成的振動信號變化相對“常規(guī)振動”來說是很小的，由此得到的振動特征參數(shù)往往不夠敏感，在一定假設(shè)條件下，可以將上面兩種振動成分分離。先對時域平均后的信號作FFT濾波處理，即可得到齒輪“常規(guī)振