【铁路货车用滚动轴承的故障形式及完善策略9500字（论文）】

铁路货车用滚动轴承的故障形式及完善对策研究摘要轴承是各种工程机械中的内部部件。它具有两端连接和固定旋转部件的重要功能，在旋转机械中应用范围十分广泛。因为旋转机器和设备的特殊布置，轴承通常在高温、速度变化和可变负载等恶劣条件下运行。轴承设备故障影响其它配件，彻底改变整个旋转机械的运转情况，最终大大降低旋转机械的可控性，从而导致十分严重的安全生产事故。因此，轴承诊断、识别技术与检验技术的研究是故障预测的核心部分。故障诊断研究具有很大的市场前景和综合效益。首先，收集了相关数据和文献，总结了轴承诊断的研究现状。其次，轴承故障诊断分析，并通过举例分析对其在轴承故障检测中的应用领域进行了详细分析。关键词：轴承；故障诊断；货车目录TOC\o"1-3"\h\u14139第1章绪论 第1章绪论1.1选题背景随着现代工业文明的到来，机械设备精确计算，结构特点十分复杂，功能实现系统完备，自动化水平不断增加。精密设备在人们的日常生活和工作中起着重要的作用，特别是作为机械设备领域中的关键转动设备。其中，接入设备旋转部件和支撑轴承，特别是滚动轴承，是机械设备中不可或缺的核心部件之一。因为轴承具有摩擦阻力小，精准度高，效率高，装配方便，润滑方便等优点，在化工、电力、交通、航空航天、船舶等各个重要领域被广泛应用。在设备的运行中，轴承在支持轴承的运行和传递动力方面起着关键的作用，有着“机械的关节”之称。所以，如果轴承损坏，就会引起一系列的连带效应，导致机械设备的零件损坏，造成巨大的财产损失，甚至造成非常惨烈的人员伤亡和财产损失，极易引起各种严重的社会不满。轴承是旋转机械钟最容易发生故障的部件之一。原因是与机械设备的其他零件相比，轴承由于承受冲击的能力较弱而受到各种交变应力的影响，并且长期处于高转速、高负荷等恶劣的工作条件。据了解，大约20%的齿轮箱故障、44%的电动机故障、30%的旋转设备故障都是由轴承故障引起的。轴承与其他联轴器部件密切相关，损坏会造成灾难性事故和机械设备故障。1991年11月，1479次列车在兰州火车站脱轨，列车作业中断，数十人死亡，财产损失惨重。1992年，日本关西电力公司海南电厂在泄漏电流测量中，由于相关工作人员的粗心大意，发电机组分层故障导致机组整体强共振现象。最后，所有机组运行被彻底摧毁。事故造成的直接财产损失均高达50亿日元。2011年7月5日，地铁4号线动物园的电梯设备机械故障。扶梯主传动单元被固定件损坏严重，导致动力链脱落，使自动扶梯滑落，最终导致踩踏事故。事故中一人死亡，数人受伤。2006年6月，安阳钢铁公司的热轧带钢轧制线旋压机轴承完全断裂，导致整个自动化生产线装置停工。2013年8月，深圳罗湖区发生电梯摔倒事故。原因是电梯调速电机轴承损坏，导致电梯急速坠落，造成恶劣影响。深刻教训告诉我们要注重故障诊断技术的专项研究，在操作的过程中发现、消除和预防事故。1.2研究意义轴承是各种底层机器的关键零部件。它具有销轴连接和两端相关旋转部件的功能，广泛适用于旋转机械和连接设备。由于旋转设备和机器的位置特点，轴承通常在恶劣条件中工作运转，如变速系统、负荷变化和高温。除此之外，轴承表面的损坏程度取决于外部因素，如加工误差、错位和润滑不良。因此，轴承是最易损坏的机械零件之一。如果一个轴承发生故障，会影响其他部件，通过改变整个转动设备的工作状态，使其可靠性下降，进而造成严重的事故。因此，对轴承的检测、诊断与识别技术的深入开展，对其进行诊断和识别是非常必要的。因此，对电力系统进行故障诊断是一种非常有前景的技术。1.3轴承故障诊断历史机械设备的故障排除是过程工程的分支之一，其主要方法是识别理论上强且连续的信号处理方法和模式。机械设备的误诊最早由发达国家提出。1960年代阿波罗计划失败的根源是机械设备故障导致美国陆军成立了一个机械损伤预防小组来防止机械损伤。之后，英国成立了一个机械维修中心，调查机械的正常驾驶情况，并探索科学研究的结果。对美国和英国机器故障预防的兴趣为企业生产带来了持续的安全。20世纪70年代，日本大学、研究机构和一些公司开始专注于机械研究和机器故障诊断的应用研究。与此同时，欧洲许多国家也建立了故障诊断研究中心。例如，1978年，法国电力部通过安装验收来监测燃气轮机装置的状态。现在，随着“智能维护系统（IMS）中心”的组织建立，密歇根大学在故障领域渐渐消失。法国国家理工大学在振动信号的基础上，在故障诊断领域已经取得了一些进展。相比于发达国家，在这方面我国发展起步相对较晚。这是由于1980年代第一次召开设备诊断技术会议，随着我国国力的不断增强，故障诊领域的科研成果逐渐达到领先地位，并正在应用于钢铁等领域。清华大学故障诊断科研实验室进行了一项系统监测风扇电力设备的研究。上海交通大学组织建立了以噪声信号分离为重点的国家工程研究中心。近几年以来，我国在工程建设中运用了大量的故障诊断理论，解决了很多实际问题。例如，在严酷的工作环境中，对振动信号进行实时监测和实时采集。对地铁运营进行了全面的监控和诊断；北京化学工业大学提出了自动修理机械故障的原理。分析油渣、振动信号、声发射、温度等。机械故障的检测是当前常用的诊断手段。在这些方法中，最常用的就是振动信号的分析。但是，由于当前通用设备的高度一体化，部件之间的振动信号交换严重。当衰减较低时，振动信号是非线性系统特征的、不稳定状态的。因此，从复杂频率的噪声信号中提取故障数据显得至关重要。所以，国内外许多研究者提出了几种方法，如经验模态分解、傅立叶变换、维格纳-维尔、短时傅立叶变换等，但还是有许多不完善之处。近年来，基于智能误诊的轴承误诊引起了各领域研究人员的关注。智能故障诊断方法可以自动分解功能。诊断轴承的智能方法分为标记受控训练、半受控训练和未标记非受控训练。其中，受控学习在其他领域更为发达。该模型用作标记数据集的输入并分解信号函数。经过优化的训练，可以将测试集合输入到模型中，从而实现对测试集合的辨识。与传统方法相比，智能诊断方法可以处理大量数据。机器学习在各行各业都是丰富多样的，轴承的故障诊断技术在不断智能化升级。第2章铁路货车用滚动轴承的故障形式分析2.1剥离、麻点、碾皮2.1.1剥离在高接触应力的循环作用下，轴承零件表面出现了片状脱落，其主要表现在轴承内、外、外圈、滚轮的滚动面，其深度、面积、表面均呈不规则的鳞片，沟槽边缘锋利，典型地表现为疲劳扩展的沙滩纹，是国内铁路使用中较为突出的轴承故障。特定的风格如图表所示。图轴承剥离形貌图片来源：网络搜集损伤特点：用于轴承滚道、滚子的损伤，主要表现为：一是应力疲劳；二是剥离的起源位置主要在承载区；三是脱模，若在支承辊轮上出现，则多个连轧辊都会同时出现，而且形状相同；四是由于受到冲击负荷而产生的剥落，在轴承外环的承载区，有时会留下辊子的压痕。轴承滚道、滚子由于材料原因造成的剥离，其损伤特点为：一是接触疲劳。二是通过逆向找出疲劳的起始点。三是在滚动轨道正常承载区内，发生疲劳的主要原因是接触负荷大。四是在产生脱模之前，轴承运转的时间比较长。由于轴承内部其它部件失效引起的剥落，其损伤特点如下：第一，剥落主要表现为压坑，没有显著的疲劳特性。二是剥离失效没有显著的规律；分析理由：首先，要理解现有的一种新的轴承疲劳理论，将非金属夹杂和碳化物等同为现有的裂纹，并由此导致的应变硬化、相变、夹杂和碳化物的界面开裂，进而导致疲劳剥落。轴承安装与应用中，轴承负荷过大，轴承安装不当，轴颈或内环过盈配合超过极限，轴向间隙过小，轴承内杂质进入轴承，轴承内部温度不正常，轴承表面硬度下降。2.1.2麻点麻点多见于轴承内、外、外圈、滚子的滚动面，也可见于滚子球底面或内环滚子导向面，其表面具有分散或聚集的微小凹坑，如图1所示。图1轴承内圈麻点形貌图片来源：网络搜集损伤特点：麻点为黑色的针孔凹陷，具有一定的深度，个别或密集分布。分析其产生的原因：一是材料的表面疲劳。金属亚表面在滚动接触应力的作用下，产生了微裂缝，并逐步演化为小规模的凹坑剥落。二是由于亚表面含有大量的夹杂和大的碳化物，导致了材料的应力集中，导致了早期的显微开裂，并逐步向剥落发展。三是由于轴承安装不当，或由于内部油脂不足，造成润滑效果差。2.1.3碾皮磨皮是指轴承零件表面因疲劳引起的极薄的金属剥落。辨别磨皮与剥皮的常用方式是摸摸摸摸，如果没有感觉，就归类为磨皮。磨皮的成因与剥落基本相同，但其程度较轻，一般可视为早期剥落，如图2所示。图2轴承内圈滚道碾皮故障形貌图片来源：网络搜集损伤特点：磨皮失效多见于轴承内、外、外圈、滚子的滚动表面，特别是滚子的滚动面。磨皮失效是指在某一区域不规则形体上出现的很薄的剥落或剥落，通常会感觉到，磨皮后的金属表面会失去其应有的金属光泽。分析：首先，金属材料表面的早期疲劳，在滚动接触的应力和滑动摩擦作用下，极浅的表层出现了疲劳剥离。二是轴承材料的热处理质量差。三是由于轴承内的油脂不足，使其润滑性能差。2.2裂损裂纹是指轴承零件材料在连续失效后所造成的损坏，根据损坏的程度，可分为裂缝和缺陷，其中最常见的是在轴承内、外、滚筒工作面上，呈直线状，方向不规则，有的时候用肉眼看不到，需要用磁粉进行检测。轴承外圈的齿槽、辊子工作面的缺损多见于裂纹或局部脱落。特定的风格如图3所示。图3轴承内圈裂纹故障形貌图片来源：网络搜集损伤特点：由于不同的轴承零件出现了裂纹失效，造成的损伤特点也各不相同，下面逐一进行了介绍。轴承内圈及滚轮：外圈与外圈的接触较多，外圈破裂是由于外界环境的侵蚀或与承座的摩擦所引起，内圈和滚轮也有可能出现锈蚀，引起裂纹，内圈由于滚动表面质量差，在使用时会由于工作表面的接触应力过大而出现径向开裂。保持架断裂故障：维持架失效的原因主要是由于冲击振动、其它零部件故障等外在原因。油密封开裂：与生产中的橡胶硫化工艺和轴承的组装质量有很大关系。分析其原因：一是由于主轴受到了非正常的冲击，导致了工作面的偏载或接触不良。二是轴承在运转时的腐蚀环境。三是轴承零件的研磨工艺不符合要求。2.3划伤、擦伤、拉伤、磕碰伤2.3.1划伤擦伤是指由硬粒子或其它锋利的物体与支承零件的表面发生接触，并发生相对移动而引起的表面线状机械损伤，如图4所示。图4轴承内圈划伤故障形貌图片来源：网络搜集伤痕特点：划痕是一种线性、不规则的、有光泽的凹槽，主要是轴承零件在压力作用下产生的机械损坏。原因分析：一是轴承制造、检修或铁路车辆检修部门选配、压装等操作中的人为过失。二是轴承内油脂不合格，油脂中的杂质含量超标。2.3.2擦伤磨擦是指轴承零件表面由于混合摩擦而产生的金属移动，主要出现在轴承零件的工作面上，如图5所示。图5轴承内圈滚道擦伤故障形貌图片来源：网络搜集伤痕特点：摩擦是沿着轴承零件的滑动方向，在一定的长度和深度内，造成表面的机械损坏。在使用中，由于摩擦，零件的局部表面会产生大量的热量，如果润滑不良或者散热不好，无法迅速的冷却和扩散，局部温度的积累会导致轴承零件的金属表面组织发生变化，从而变成坚硬而易碎的组织，在使用负荷的周期性撞击下，轻微的擦痕可以通过零件间的磨蚀而消除，而更深层或更多的反复擦痕则会发展成宏观剥离失效。分析其产生的原因：一、轴承轴向间隙太小。二是轴承内部润滑不佳，或轴承油脂中的杂质含量超标。三是轴向预载力偏大；2.3.3拉伤拉伤是指在轴颈上或从轴颈上卸下时，轴承内环内直径表面所造成的机械损坏，如图6所示。图6轴承内圈内径表面拉伤故障形貌图片来源：网络搜集损伤特点：拉断是指轴承零件表面因受压而产生的塑性变形，拉出的伤痕通常与轴平行，严重时会发生金属位移或粘附在其表面。分析原因：一是由于列车维修部门在轴承选型压装、卸货操作中，没有清洗轮轴的轴颈或轴承内环的内径表面，造成残余硬质粒子的挤压和滑动。二是轴承内径端面的倒角过渡不够平滑，或者是密封座内径的转角。三是装配不正确的轴承四是在选择的压装轴承中存在过盈。2.3.4磕碰伤轴承碰撞是指在轴承零件和其它坚硬物体碰撞时，造成的零件表面的机械损坏，如图7所示。图7轴承外圈磕碰伤故障形貌图片来源：网络搜集伤痕特点：轴承撞击是由于受压造成的轴承总成表面的机械损坏，通常呈刻印状或半月形，边缘突出，触感清晰，在尖端部位会出现微小裂缝。原因分析：主要是由于轴承制造、维修、选配、压装等操作中人为操作不当所引起的碰撞。第3章滚动轴承故障诊断方法分析3.1外观查看3.1.1重点查看提示故障的轴承提出了两种故障类型：第一种是由轮轴进厂检测过程中所传递的轮轴故障，主要有：轮对踏面磨损、剥落、局部凹陷等。二是对其它轮轴的预测，例如TA、TP预测、汽车脱轨、焊接工作电流流经轴承等。在轮轴维修时，应着重检查上述两类有故障的轮轴，其检查处理的要求是：对无车脱轨轮轴，同一转向架上的全部轴承进行拆卸和检验。在翻车或重型车脱轨后，所有的轴承都要进行卸载检验。对电焊工作电流流经轴承或轴承受到水浸、火灾的轴承和有过热轴失效的轴承，应进行退卸检查。当轮轴表面出现擦伤、剥落、局部凹陷时，轮轴上的轴承应全部拆下，并进行检查，踏面剥离、缺损超过使用极限（踏面剥离1个（不超过）50mm,2个不超过40mm，缺损不超过150mm）。对有TA预告信息的轴承应全部退卸检验。3.1.2重点查看轴承使用寿命通过对轴承外圈凹槽中的标识信息和轴端标识牌进行目测，从而判断轴承的寿命和寿命。如果轴端没有标识牌，或记不清或打错，致使轴承第一次或最后一次压装时间不能判定的，应全部退下检验。国产RD240钢轴使用寿命达20年，必须全部退下检查。31.3重点查看轴承及其附件外观质量用刷子和砂纸彻底清理轴承外圈、前盖、后挡、密封装置表面的污垢、油污。在检查密封件时，应认真检查轴承前后两个密封件的状况，确认密封件是否松动，密封机构A面是否高于外环，橡胶油封有无断裂等。3.2转动听声3.2.1重点听列车运行过程中轴承的声音在线路上聆听轴承运转时产生的响声，要小心避开噪声较大的区域，例如轨道接头。选择二次启动、速度低、速度较快的轴承转动声，对异常轴承进行异音判断，对不正常的轴承，要及时起轴。在听轴承运行的时候，要把下面的混杂声分辨出来，以免造成不必要的错误判断：第一，当有尖锐的金属摩擦声时，要分辨是轴承内部的摩擦，还是轮缘摩擦的声音。二是当有金属沙沙声时，要分辨出是轴承密封件和前盖之间的摩擦，还是刹车片和踏板的摩擦。三是当金属撞击声有规律时，要辨别是否是轴承内外圈剥离、断裂、车轮踏面摩擦、剥离金属堆积撞击轨道。3.2.2重点听人工转动检查时轴承的声音在人工旋转检查轴承时，应选择干净的位置，不得掺杂其它外界噪音影响判断。当轴承外圈旋转时，要仔细聆听轴承滚轮与滚道滑动的声音，如果有正常的哗啦声，说明轴承内部运转良好，如果有响声，就是轴承内部缺油，润滑不佳，当有不规则的滚轮下落声时，表示保持架的窗户有裂缝，如果有嘶鸣，说明密封罩对轴承外圈产生了磨损，如果有周期性的咕噜声，就是轴承滚子或内圈有剥离、擦伤、麻点等缺陷，每次滚动体通过凹槽时，都会有这种金属碰撞的声音。3.2.3重点听磨合试验过程中轴承的声音轴承压装、盖关完成后，必须进行轴承的磨合测试，在测试期间，应安装一根具有优良的导音材料，将钢条的一端套在轴承的外环上，另一端拿着轴承的耳朵，倾听轴承的运转情况，如果有连续的、均匀的、轻微的响声，则表示轴承运转正常，如果有响声或者有规律的卡嗒声，则表示轴承有问题。3.3触摸感觉3.3.1重点感受手工转动轴承时的触觉手工转动检查轴承，主要靠手的触觉来判断轴承的工作状况。在判断手感的时候，要集中精神，在下压轴承环的时候，旋转轴承的外环，左右各旋转三到五个旋转，当一个旋转完成后，要将整个轴杆旋转60”和1200，然后用双手下压轴承外环进行旋转，确保手工检查是否盖住了整个轴承的内环。如有需要，可摘下手套，用手直接旋转，观察和感受，旋转时要注意平稳、缓慢，以免造成轴承摇晃，当手触摸到轴承旋转时，发现有明显的间歇或有明显的停顿，就可以判断出轴承有问题。3.3.2重点感受轴承外圈表面温度触觉轴承外圈的表面温度可以用手工测量，但手工测量的方法比较落后，而且精度也不高，现在已经采用了红外点温仪，利用红外点温仪对轴承外圈进行一定范围的测量，主要检测轴承外圈的温度，从而确定轴承的各个部分的工作状况，如果温度高于40℃，就可以初步判断出轴承的内部有问题，需要进行退卸检查。3.4疑难会诊针对在作业现场发现的轴承或轴承故障，维修车间技师组织班组工长、首席作业者、轴承转动检验作业人员组成专业检查小组，采取多人一起检查的方式，共同研讨分析故障现象，准确辨识轴承故障类型。在此过程中，一方面加强了技术团队的专业技能和现场操作技能，加深对轴承故障的发生、演变、扩展过程的认识；另一方面，逐步培养职工队伍树立自我创新，自我提升的学习意识，通过不同层次技术人员的业务交流和经验分享，发挥集体智慧，不断完善现场轴承检修各环节的工艺标准，弥补管理漏洞，为确保轴承运行质量长期安全稳定奠定扎实的业务基础。3.5经验积累机车维修部门要设立滚动轴承典型故障展示区，对在日常维修中发现的故障轴承进行分析、清理、分析，并附上故障说明、原因分析、危害预警、检查方法和控制措施，做好实物教学，以真实的案例对轴承检修作业人员进行直观的培训，丰富作业人员辨识故障的能力。此外，还需要对轴承的月度返回率进行分析，对已排出的轴承进行归类整理，利用大数据技术发现最多的轴承故障，跟踪和分析现场轴承转动检验作业人员所判定的故障，并随机选取几个同一名操作人员认定的轴承进行分解和鉴定，从而提高操作人员的工作经验。第4章应用案例分析4.1剥离、碾皮、麻点故障采取措施针对轴承剥离、碾皮故障，可以采取以下几种方法：一是通过轴承生产企业进一步改善轴承钢材的材料品质。二是列车维修部门要做好列车转向架和总成的技术检验。三是由机车维修和轴承生产企业共同承担车轴轴颈及轴承零件的加工质量。四是列车维修处在选择压装轴承时，要严格按照工艺要求逐个检查轴承密封件的完好情况。五是为了提高轴承生产企业的润滑脂品质，机车维修部门在使用之前要检查内部油脂色泽、粗糙度，选择压装前转动轴承套圈，检查内部润滑情况是否良好。控制方法：控制材料缺陷、腐蚀、润滑、密封等。通常，由于无疲劳造成的微小缺陷，其对其工作性能的影响比较小，而且其发展周期也比较长，很难被检测出来。4.2裂损故障采取措施在生产和应用上，必须对原材料的缺陷进行严格的控制，例如：非金属夹杂物，表面夹渣，折叠，显微孔隙，缩孔，气泡等。在使用时，要注意轴承安装时的异常敲打、碰撞、安装不当引起的局部应力，并要保证轴承内部的润滑，并重点检查轴承的密封状况，以确保轴承的密封状态，防止有杂质进入，防止油脂甩（渗）出，轴承与腐蚀性物质接触。4.3划伤、擦伤、拉伤、磕碰伤故障采取措施针对轴承刮伤问题，可以采取以下几种方法：一是加强轴承零件材料的耐磨性能。二是机车维修部门在使用之前，应着重检查轴承内部油脂色泽、茹度及润滑状况，并适当选用合适的轴颈，并在压装之前对352226X2-2RZ型轴承进行压装，先拆卸密封座，检查油封状况，然后再进行安装，安装后要转动密封座，检查是否安装到位，在压装时要严格落实轴承压装相关工艺要求。针对轴承磨耗问题，可以采取以下几种方法：一是针对制造过程中出现的划痕，加强工人的工作责任心，规范操作程序，改善容器结构，加强零件防护。二是针对在工作中出现的磨擦问题，从预防“打滑”的角度出发，通过对产品的内部结构进行改进，增加组成内环内径和轴颈的过盈配合，调节轴承的轴向间隙，改善轴承内部的润滑作用，确保各个零件的接触状况。对轴承拉伤故障的处理方法：主要是在使用期间，汽车维修部门要确保严格执行轴承退换操作中的有关安全措施，在选择压装轴承之前，应逐一检查轴承内圈的内径表面是否干净，然后用酒精或汽油擦拭轴颈，均匀地涂上一层抗锈蚀铿基月旨。轴承碰撞损伤的预防措施：轴承生产企业和铁路维修部门都要加强工人的素质，规范轴承搬运、拆卸等作业程序，优化轴承的容器结构，加强轴承零件的保护。4.4其他故障采取措施其它比较有代表性的故障有压痕、磨损、凹痕等。针对轴承压痕的处理方法：主要包括：机车车辆维修部门要严格检查轴承内部件的安装位置，测量轴承各个部件的尺寸是否达到维修极限，并在卸货时严格落实有关保护措施。针对轴承的磨损，可采取以下措施：一是微动磨损，采用小间隙或过盈配合，以降低在工作中的微动磨损。在输送时，可以在轴承套和滚动体间使用稀润滑剂润滑，或单独保护，以减小在输送时的微动磨损。此外，应将轴承置于不震动的地方，或与外部密封密封。二是含着磨损，可以通过提高加工精度和提高润滑效果来解决。三是磨料（颗粒）的磨损，可采用表面强化处理、表面润滑处理（如渗硫、磷化、表面软金属薄膜等），从而改善轴承密封结构，提高零件的加工精度，确保润滑油的过滤品质，降低生产和使用中对轴承零件表面的损坏。四是抗腐蚀，能有效地降低轴承在工作环境中的侵蚀，对部件进行防腐蚀处理，或采用耐腐蚀的材质制作。针对轴承凹槽故障可以采取的控制方法：主要由生产厂商承担，需要进一步提高零件的加工精度和内部的洁净，改善轴承的内部润滑，并提高轴承密封设备的质量。第5章结论轴承是现代工