吕雄伟 上海铁路局上海动车客车段

1 CRH2B型动车组牵引电机简介

CRH2B型动车组采用三菱（MB-5120-A）三相鼠笼型感应电机，额定输出功率为300 kW，额定线路间电压为2 000 V，冷却方式为强制风冷，极数为4极，绝缘类别为等级200（定子绕组），额定转速为4 140 rpm，最高使用转速为6 120 rpm，高速试验转速为7 040 rpm（持续2 min），动力传送方式为平行万向节齿轮形挠曲轴接头方式，驱动侧轴承为NU214C4P6（绝缘轴承滚轮导向保持器方式），反驱动侧轴承为6311C4P6（绝缘轴承）[1]。

2 CRH2B型动车组客室地板异常振动分析

2.1 故障概述

2011年7月8日，配属上海铁路局的CRH2114B动车组在线路上运行时，随车机械师反馈11车二位转向架上方地板处（距离渡板中心位置3.05 m）有明显振动感，11车二位转向架上方的车内走廊处地板存在较大垂向振动，速度为240～250 km/h时垂向振动明显。

2.2 故障跟踪测试与处理

（1）2011年 7月 11日，在南京南-武汉-南京南-武汉-上海虹桥区间，对11车一位端和二位端的转向架轴箱体、构架轴箱弹簧筒上平面、枕梁空气弹簧安装面纵向两侧、车内地板面的舒适性、平稳性进行测试。测试结果显示平稳性、舒适性良好，但车内地板振动明显。

（2）2011年 7月 16日，在南京南-金华西-上海虹桥区间，对11车一位端和二位端牵引电机、齿轮箱、牵引电机吊座和牵引销的振动水平进行了测试。

（3）2011年7月30日，在更换了二位转向架两条轮对(含齿轮箱)后，在沪宁、沪杭线路上对车辆振动水平进行了测试，车内振动无明显改善。

（4）2011年8月，更换了二位转向架电机，并调换了一、二位转向架后进行了测试，车内地板振动显著改善。

2.3 故障原因分析

根据四次试验测试数据，分别从异常振动的振动源、振动放大环节等进行调查分析。

2.3.1 第一次试验结果

根据第一次试验，11车二位端客室地板异常振动的频谱特征[2]体现出两个明显特征：

（ 1）150～400 Hz范围内存在较宽的主频能量峰值（如图1）。

（2）存在与旋转机械有关的倍频成分。根据当前轮径、传动比、车辆运行速度换算，该倍频成分与电机转子、齿轮箱等旋转件的旋转频率成倍数关系。

图1中客室地板0～80 Hz频带范围内能量水平较小，人体振动舒适度考虑频带范围为0.4～80 Hz，因此二位端客室地板人体振动舒适度等级为优。但由于人脚能感受到的频率高达400 Hz，因此11车二位端客室地板人体感受到的振动明显。

图1 客室地板异常振动频谱

2.3.2 第二、三次试验结果

在随后第二次试验中增加了电机、齿轮箱测点。为排除齿轮箱的因素，在第二次试验后更换了二位转向架的两条轮对。

更换二位转向架轮对后进行第三次试验，结果表明齿轮箱振动有效值降低一倍，客室地板振动有效值、频谱等特征未发生变化。

如表1所示，更换轮对齿轮箱后，客室地板的振动有效值未发生改变，据此可排除齿轮箱对客室地板异常振动的影响。另外，电机的频谱、振动有效值等特征未发生改变。

表1客室地板测点垂向振动有效值（电机工作）/g

对比电机振动频谱和客室振动频谱（如图2），发现11车二位端客室地板振动特征与电机振动特征存在关联。

图2 电机纵向振动与客室地板垂向振动频谱

2.3.3 第四次试验结果

为进一步排查电机对客室振动的影响，第三次试验后，更换二位转向架电机，并将二位转向架与一位转向架对调，进行了第四次试验。

试验结果表明，对调后的二位转向架电机(原一位转向架)，与原二位转向架电机相比，振动有效值降低一倍；主峰频率特征发生变化（如图3），对应频率范围150～400 Hz内的振动能量显著降低，对应电机转速的倍频显著降低。

图3 电机振动频谱

第三次、第四次试验对比，11车二位端客室地板的振动有效值降低 (如表2)，对应的主要振动能量(频率范围150～400 Hz范围)显著降低(如图 4)，但主峰频率特征（即150～400 Hz范围内的宽带谱峰）未发生改变。

综合二位端相邻测点的振动有效值差异(如表2)，试验数据表明二位端客室过道中间测点存在频率范围150～400 Hz内客室地板的宽频峰值，体现出该位置地板的固有结构特征。11车一位端客室振动水平与之前试验相当。

表2客室地板测点垂向振动有效值（电机工作）/g

图4 客室地板振动频谱

综合四次试验表明，11车二位端转向架上方过道地板处异常振动，原因是电机机械振动特征发生变化，振动激励频率与该地板局部结构的固有特性耦合，引起共振导致异常振动现象。通过降低电机振动水平(更换二位转向架电机，一位转向架与二位转向架对调)，降低了振动源的激励振动能量，该异常振动处的地板振动频谱特征未发生变化，但振动水平(加速度有效值)显著降低。

2.4 电机对比试验

对电机进行了检测对比，检测结果如下。

（1）振动试验：选取一台已完成三级检修的同型号电机做相同试验进行数据对比。试验结果如表3所示。

表3 振动试验结果

表3数据说明在额定转速及高转速下，电机2OO8-O579振动值与正常电机均有一定偏差。

（2）转子动平衡试验：电机分解后对转子进行了两次动平衡试验。第一次传动端剩余不平衡量为2.56 g，非传动端为1.67 g；第二次传动端剩余不平衡量为2.67 g，非传动端为1.57 g。转子剩余不平衡量设计值为1.3 g，试验结果均高于正常值。

从振动试验和转子动平衡试验可以看出，电机的振动水平与转子剩余不平衡量均高于正常值。因此认为，电机的异常振动激励了端部客室地板的振动。

3 结论

客室地板的振动是局部地板与牵引电机异常振动的耦合共振，主峰频率特征集中在150～400 Hz范围内。牵引电机异常振动导致了客室地板的异常振动，更换牵引电机可以显著降低振动水平。