作者：唐德尧 李辉 宋辛晖 黄贵发
（北京唐智科技发展有限公司）
摘 要：用于机车和地铁车辆的某型进口轴承保持架故障多，为了防止轴承故障危及安全，对其发生机理进行了研究，提出了“外孤谱”技术及相应的识别、诊断方法，并在试验中获得成效。
关键词：轴承；保持架；故障；外孤谱
一、机车使用的某型进口轴承保持架与国产轴承保持架的重要区别
国产轴承的保持架绝大多数是使用钢铆钉连接，而某型进口轴承保持架（以下简称F保持架）则没有铆钉，而是将铜窗梁的端部切小代为铆钉的。保持架比较如图1所示。
二、基于保持架破坏过程识别的原诊断方法
JK00430设计时调查了大量机车轴承，发现国产保持架的故障十分少见。特别是轴箱保持架发生故障时极少出现解体，而只是有损伤。甚至轴承其他零件出现重大故障、对保持架造成重大损害时，保持架也能保持完整而不易破碎。
原设计的保持架故障报警策略是“识别受到破坏的信息，发出保持架预警”。因此，SS7E-0023-61的轴箱轴承有保持架的二级报警，但保持架并未破碎，而只是被故障滚子对端圈内部撕裂了一块。撕下材料的保持架与端面开裂的滚子的刮碰作用，使该滚子通过承载区时保持架强烈跳动，撞击轴承挡边，被监测装置发现而发出报警。基于这一原理，即使保持架没有破碎，而是在外部条件作用下跳动，其端圈撞击外环挡边的内圆（因为这是引导面或者定位面），保持架正在受到破坏，检测装置就发出预警信息。图2中保持架发生报警的原因是破碎的滚子掉下的钢届随着润滑油冲刷到保持架窗梁，使保持架跳动而发出报警，钢届将铜制保持架冲刷出沟道。
三、机车使用的某型进口轴承保持架故障多发的原因及故障先兆
由前文可知F保持架的故障多发原因有：保持架可能是铸铜甚至是杂铜制造的，强度和柔性不足；铆钉由窗梁切小而成，突变截面处应力集中，极易断裂；工艺差异使其单铆钉头及窗梁承受轴承受到的大部分振动力而断裂。断口掉下的铜渣部分落入轴承的滚道。
掉渣被碾压时可能粘在外环滚道上，在滚子通过时，产生形同外环故障的冲击信息。这样的故障冲击的频谱将因为冲击信号的时间、相位抖动而发生频谱发散——等于外环故障频律的特征谱线变宽，其共振解调的高阶谱线幅度锐减，不具有鲜明的多阶性。
据此复查已知出现了保持架铆钉掉头的进口轴承的监测数据，证实了这一推测：都曾经出现过大量的孤立的外环1阶谱线，而轴承没有外环故障。将这种孤立的外环故障谱定义为“外孤谱”。
外环故障不是出现外孤谱，而是出现外环的多阶谱。对此，软件直接报告外环故障，见图3。此轴承虽然仅57.8dB，但却有外环多阶谱，是外环故障。
四、外孤谱理论用于包括保持架故障的诊断
所述外孤谱虽然在进口轴承中几乎就是保持架故障的表现，但其实质却是轴承中出现杂质的表现。因此，出现外孤谱只是有保持架故障的可能，而不能肯定是保持架故障。
轴承的滚动工作面损伤虽然也掉渣，也会引起外孤谱，但是同时有以“确定多阶谱”为特征的原始故障存在，这种原始故障达到一定程度，就会以1、2级报警的方式报告出来。
综上所述，直接报告外孤谱，不仅可以防止保持架故障发展，也可以为滚动工作面出现初期损伤提供信息。
图4、5、6的案例是滚子端面初期开裂掉渣，引起长达2个月的外孤谱。滚子故障扩展，出现端面报警，此后滚子很快劈裂，出现滚子圆周报警的发展趋势自动诊断记录。
统计了许多国产轴承的诊断信息，绝大多数没有外孤谱，而机车使用某型进口轴承的诊断信息，几乎都有超限的外孤谱，说明停止进口该轴承的决策是正确的。
用外孤谱技术分析轴承杂质和该进口轴承保持架故障的数据和素材，大量存在于已有的JK00430监测装置的软件所获取和归档的诊断数据中，可充分利用这些信息，及时发现保持架的故障。
这一理论在地铁的进口轴承故障诊断中发挥了很好的作用，准确发现了保持架的故障（见图7、图8、图9）。
使用外孤谱识别保持架故障需要注意下列问题。
1.外孤谱是轴承中存在硬质杂质的特征。
2.真正的外环故障不出现外孤谱，而是出现多阶性外环故障谱。
3.外孤谱也是保持架损伤（失落材料）的特征。出现外孤谱的轴承多数都有相应的保持架特征信息——保持架周期的调制冲击。
4.使用钢铆钉的国产轴承很少见到外孤谱，而机车所使用的进口轴承都存在超标的外孤谱。
5.保持架局部破碎故障初期出现的外孤谱是发现故障Z佳时机。应经常浏览“冲击趋势”，如果发现外环记录连续出现，则立即查找对应时段的精密样本，如果发现为外孤谱，则应警惕轴承保持架故障或轴承中存在异物。
6.铆钉裂口、全断、端圈脱落者，外孤谱幅度强大；而断条（以致滚子乱序）后的外孤谱量值很小。应当在断铆钉头阶段发出报警，以免错过Z佳识别时机。
7.软件应用如下方式实施外孤谱报警：基于外孤谱计算的故障大于55dB，5次立即决策中出现概率在2次及以上则报警，以识别掉铆钉头，防止断条。出现断条后，滚子乱序，外孤谱将降到50dB，特征是连续决策统计5次，出现概率在3次及以上则报警。
8.如果一度出现的外孤谱消失而随后没有滚动工作面的故障报警，则应警惕保持架失落物磨碎，应当对轴承开盖检查。
来源：《中国设备工程》2009年10期