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[摘 要]地铁车辆转向架轴承状态对车辆的安全运行至关重要。现有地铁车辆转向架轴承的监测与诊断存在智能化程度低、准确性差等不足。针对此不足，对地铁车辆转向架轴承故障模型进行推导，提出一种地铁车輛转向架轴承故障智能诊断方法。该方法根据转向架轴承径向振动加速度信号，采用小波包-包络分析故障识别搜索算法，诊断轴承故障及故障类型。为了验证所提出方法的有效性，设计并搭建了轴承故障诊断试验台，基于此试验台对广州地铁车辆转向架故障轴承进行了测试。试验结果表明：所提出的转向架轴承故障诊断方法能够准确识别轴承故障，为地铁车辆转向架轴承故障诊断的自动化、智能化提供了新思路。
[关键词]转向架轴承 故障诊断 小波包分解
中图分类号：U270.33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0112-01
一、地铁车辆转向架作用极其故障特征
1.1 地铁车辆转向架作用
地铁车辆转向架可以很大程度地增加车辆的承载能力、车辆的长度以及车厢的容积，同时还可以有效提高地铁车辆的速度；能够充分利用轮轨之间的结合点，安装制动装置、传送制动力和牵引力，从而使得地铁车辆的制动性得到大幅度的提高，缩短车辆的刹车距离；承载车体的重量，同时可以使得车轴的重量得到均匀分配，同时承受、传送从轮轨至车体之间或者从车体至车轮期间的所有质量和各种作用力。地铁车辆转向架可以始终位于上面，使车轮轴承装置沿钢轨滚动成一个主体向下，这样就可以实现车辆行驶的直线或顺利通过转折点，有效地提高了车辆的灵活性。
1.2 转向架轴承故障特征
转向架轴承在运转过程中出现故障往往是由于其轴承的局部损伤造成的，当局部损伤逐步加剧，就会导致轴承在转动过程中由于作用力的影响而产生一定的不规则冲击力，从而出现一定的振荡，这种振荡就会造成轴承故障，甚至导致一定的车辆运行事故。因此在进行轴承故障排查的过程中需要根据损伤处的具体情况进行分析，从而准确找出轴承故障原因，以便进行及时修复。我们只有进行经常地检测以及诊断，充分的了解故障的特征，才能够在第一时间诊断出故障，及时的采取有效的措施去解决运行中出现的问题。
1.3 滚动轴承结构
转向架轴承主要由四部分组成：内、外圈、滚动体和保持架。轴承外圈的主要支撑作用，轴承座固定，内圈与轴固定在一起，内圈带动转动。内环与外环之间的支承面积是滚动体的位置，滚动体是轴承的重要组成部分，作用是将滑动摩擦轴承的运动分为滚动摩擦，所以滚动体主要是球、针或球面滚子。滚动体的运动则是依靠轴承中保持架的支撑，保持架保护滚动体不偏离位置并保持滚动体的均匀分布。有保持架的轴承相较于没有保持架的轴承，其运动润滑性和载荷分布都较为合理，因摩擦而产生的阻力小，地铁列车的轴承因为其高速旋转的特性，普遍需要保持架的支持和保护。转向架轴承的具体结构可以根据图1有直观的了解。
二、故障识别搜索算法
2.1 谱峰判定
默认谱峰被定义为频谱的最大值。因此，当计算机搜索谱峰时，需要在频带中搜索最大值。在振动信号的频谱中存在某种类型故障的情况下，可能是以故障特征频率为中心的频带，计算机的最大值位于故障特征频率，但最大值没有太大的不同的频带中的其他振幅。为了避免误判，设置计算机搜索，最大值明显大于其他值，在搜索波段被认为是峰值。定义：比P =最大/秒。当P大于临界值时，计算机可以确定峰值。临界值决定谱峰的程度：临界值越大，谱峰越明显，临界值越小，谱峰越明显。如果峰值频率对应于故障特征频率，则临界值越大，故障越严重。因此，临界值可以作为搜索方法的灵敏度系数，临界值越小，谱峰越小，搜索灵敏度越高。改变临界值可以改变搜索的灵敏度。实验表明，当临界值为2时，光谱峰非常明显。由于频率点的振幅是在谱峰的过渡段，它不能反映以外的频谱峰值以外的其他频率点的振幅电平。
2.2 搜索频带设定
根据故障频谱峰值对应的故障特征频率，搜索频带必须包含故障特征频率。搜索频段不宜太宽。在轴承中存在2种故障时，振动信号频谱中的2种故障特征频率的频谱。如果在搜索频带中只有这2种故障频率之一，因为最大值只有一个，势必会错过一个谱峰，而缺失谱的峰值很可能成为下一次搜索的第二大。如果2个峰的振幅小于临界值的比率，计算机不能识别任何一个峰。因此，选择搜索带宽的基本原则是，故障特征频率是搜索频带的中心频率，并且频带不应该包含其他类型的故障特征频率。当故障发生时，除了故障特征频率的峰值频率外，谐波频率也有峰值为了使搜索更加准确可靠，利用计算机检索3个频段的故障特征频率，倍频次数和倍频程频率为3倍频，使搜索更加准确可靠。
2.3 故障特征频率误差设定
任何的东西都不可能是十全十美的，即使是化学实验也是一样存在一定的误差，只不过我们把这个误差控制在了一定的范围之内。同理，转向架也一样，存在一定的误差，所以有故障特征频率误差设定。由于加工精度和轴承磨损的不同，故障特征频率可能与实际故障特征频率不同如果有一个偏差，即使轴承有一定的故障类型，计算机搜索的光谱峰，但由于频谱峰的频率不是由故障特征频率计算，它将被认为是没有故障。为了消除由偏差引起的误差，建立了频谱峰值频率与故障特征频率之间的差异，故障特征频率误差范围、频率分辨率、轴承尺寸误差对参考参数值给出的手册和频谱，还要考虑轴承的历史状态，包括运行时间和环境等。
三、结束语
在新时代的背景下，我国的城市化建设在如火如荼的建设当中，在城市建设当中，有一个符号是不可或缺的，这个符号就是城市的交通。转向架对轨道交通系统的经济性有着重要的影响，地铁车辆的安全性和行驶性能的重要性是毋庸置疑的。因此对于地铁车辆转向架，必须注意转向架的性能稳定、可靠性高、重量轻、维修方便、噪声低和特殊的工作环境，分析转向架的常见故障后，可为今后的工作提供理论指导。地铁是城市交通的重要组成部分，在缓解城市交通拥堵方面，起着重要的、不可替代的促进节能减排的作用，地铁的发展是未来城市交通发展的主要支柱。
参考文献
[1] 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）.
[2] 刘建强.基于小波包分解和集合经验模态分解的列车转向架轴承智能故障诊断方法[J].铁道学报，2015（07）.
[关键词]转向架轴承 故障诊断 小波包分解
中图分类号：U270.33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0112-01
一、地铁车辆转向架作用极其故障特征
1.1 地铁车辆转向架作用
地铁车辆转向架可以很大程度地增加车辆的承载能力、车辆的长度以及车厢的容积，同时还可以有效提高地铁车辆的速度；能够充分利用轮轨之间的结合点，安装制动装置、传送制动力和牵引力，从而使得地铁车辆的制动性得到大幅度的提高，缩短车辆的刹车距离；承载车体的重量，同时可以使得车轴的重量得到均匀分配，同时承受、传送从轮轨至车体之间或者从车体至车轮期间的所有质量和各种作用力。地铁车辆转向架可以始终位于上面，使车轮轴承装置沿钢轨滚动成一个主体向下，这样就可以实现车辆行驶的直线或顺利通过转折点，有效地提高了车辆的灵活性。
1.2 转向架轴承故障特征
转向架轴承在运转过程中出现故障往往是由于其轴承的局部损伤造成的，当局部损伤逐步加剧，就会导致轴承在转动过程中由于作用力的影响而产生一定的不规则冲击力，从而出现一定的振荡，这种振荡就会造成轴承故障，甚至导致一定的车辆运行事故。因此在进行轴承故障排查的过程中需要根据损伤处的具体情况进行分析，从而准确找出轴承故障原因，以便进行及时修复。我们只有进行经常地检测以及诊断，充分的了解故障的特征，才能够在第一时间诊断出故障，及时的采取有效的措施去解决运行中出现的问题。
1.3 滚动轴承结构
转向架轴承主要由四部分组成：内、外圈、滚动体和保持架。轴承外圈的主要支撑作用，轴承座固定，内圈与轴固定在一起，内圈带动转动。内环与外环之间的支承面积是滚动体的位置，滚动体是轴承的重要组成部分，作用是将滑动摩擦轴承的运动分为滚动摩擦，所以滚动体主要是球、针或球面滚子。滚动体的运动则是依靠轴承中保持架的支撑，保持架保护滚动体不偏离位置并保持滚动体的均匀分布。有保持架的轴承相较于没有保持架的轴承，其运动润滑性和载荷分布都较为合理，因摩擦而产生的阻力小，地铁列车的轴承因为其高速旋转的特性，普遍需要保持架的支持和保护。转向架轴承的具体结构可以根据图1有直观的了解。
二、故障识别搜索算法
2.1 谱峰判定
默认谱峰被定义为频谱的最大值。因此，当计算机搜索谱峰时，需要在频带中搜索最大值。在振动信号的频谱中存在某种类型故障的情况下，可能是以故障特征频率为中心的频带，计算机的最大值位于故障特征频率，但最大值没有太大的不同的频带中的其他振幅。为了避免误判，设置计算机搜索，最大值明显大于其他值，在搜索波段被认为是峰值。定义：比P =最大/秒。当P大于临界值时，计算机可以确定峰值。临界值决定谱峰的程度：临界值越大，谱峰越明显，临界值越小，谱峰越明显。如果峰值频率对应于故障特征频率，则临界值越大，故障越严重。因此，临界值可以作为搜索方法的灵敏度系数，临界值越小，谱峰越小，搜索灵敏度越高。改变临界值可以改变搜索的灵敏度。实验表明，当临界值为2时，光谱峰非常明显。由于频率点的振幅是在谱峰的过渡段，它不能反映以外的频谱峰值以外的其他频率点的振幅电平。
2.2 搜索频带设定
根据故障频谱峰值对应的故障特征频率，搜索频带必须包含故障特征频率。搜索频段不宜太宽。在轴承中存在2种故障时，振动信号频谱中的2种故障特征频率的频谱。如果在搜索频带中只有这2种故障频率之一，因为最大值只有一个，势必会错过一个谱峰，而缺失谱的峰值很可能成为下一次搜索的第二大。如果2个峰的振幅小于临界值的比率，计算机不能识别任何一个峰。因此，选择搜索带宽的基本原则是，故障特征频率是搜索频带的中心频率，并且频带不应该包含其他类型的故障特征频率。当故障发生时，除了故障特征频率的峰值频率外，谐波频率也有峰值为了使搜索更加准确可靠，利用计算机检索3个频段的故障特征频率，倍频次数和倍频程频率为3倍频，使搜索更加准确可靠。
2.3 故障特征频率误差设定
任何的东西都不可能是十全十美的，即使是化学实验也是一样存在一定的误差，只不过我们把这个误差控制在了一定的范围之内。同理，转向架也一样，存在一定的误差，所以有故障特征频率误差设定。由于加工精度和轴承磨损的不同，故障特征频率可能与实际故障特征频率不同如果有一个偏差，即使轴承有一定的故障类型，计算机搜索的光谱峰，但由于频谱峰的频率不是由故障特征频率计算，它将被认为是没有故障。为了消除由偏差引起的误差，建立了频谱峰值频率与故障特征频率之间的差异，故障特征频率误差范围、频率分辨率、轴承尺寸误差对参考参数值给出的手册和频谱，还要考虑轴承的历史状态，包括运行时间和环境等。
三、结束语
在新时代的背景下，我国的城市化建设在如火如荼的建设当中，在城市建设当中，有一个符号是不可或缺的，这个符号就是城市的交通。转向架对轨道交通系统的经济性有着重要的影响，地铁车辆的安全性和行驶性能的重要性是毋庸置疑的。因此对于地铁车辆转向架，必须注意转向架的性能稳定、可靠性高、重量轻、维修方便、噪声低和特殊的工作环境，分析转向架的常见故障后，可为今后的工作提供理论指导。地铁是城市交通的重要组成部分，在缓解城市交通拥堵方面，起着重要的、不可替代的促进节能减排的作用，地铁的发展是未来城市交通发展的主要支柱。
参考文献
[1] 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）.
[2] 刘建强.基于小波包分解和集合经验模态分解的列车转向架轴承智能故障诊断方法[J].铁道学报，2015（07）.