HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承故障分析及預(yù)防措施

摘要：文章針對現(xiàn)有HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承故障率較高的問題，通過對牽引電機(jī)齒端軸承的運(yùn)行環(huán)境、潤滑油品質(zhì)、軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)等問題進(jìn)行分析，并且根據(jù)以上幾個(gè)方面的分析情況提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，從多個(gè)角度來討論如何預(yù)防牽引電機(jī)軸承故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：牽引電機(jī)齒端軸承；振動(dòng)；呼吸管；齒輪箱潤滑油

中圖分類號：U269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2013）07-

1 概述

機(jī)車走行部軸承是關(guān)系行車安全的關(guān)鍵部件，普遍存在故障多、離散性大的特點(diǎn)，長期以來機(jī)務(wù)系統(tǒng)高度重視。HXD1C型新型大功率交流傳動(dòng)機(jī)車雖然采用了較多先進(jìn)的設(shè)計(jì)工藝，但走行部軸承故障仍然時(shí)有發(fā)生。HXD1C機(jī)車自2009年10月配屬我段以來，已多次發(fā)生機(jī)車牽引電機(jī)軸承途中固死的情況，對正常的鐵路運(yùn)輸秩序造成了較大的影響。為有效降低和預(yù)防此類故障的發(fā)生，通過對牽引電機(jī)齒端軸承的運(yùn)行環(huán)境、潤滑油品質(zhì)、頂輪振動(dòng)檢測等情況進(jìn)行分析，提出開展?fàn)恳姍C(jī)呼吸孔改進(jìn)、齒輪箱潤滑油過濾以及開展軸承頂輪檢測試驗(yàn)的綜合整治方式，來探討牽引電機(jī)軸承故障的檢測和預(yù)防。

2 HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承故障情況

2.1 電機(jī)軸承故障基本概況

我段自2009年9月配屬HXD1C機(jī)車以來，未開展預(yù)防措施之前，共發(fā)生牽引電機(jī)軸承故障23起，其中途中固死9件，僅直接的救援費(fèi)用支出就超過了23萬元。平均每次救援費(fèi)用達(dá)到2.5萬元以上，平均救援耗時(shí)在8小時(shí)以上，平均途中占用停時(shí)大約13小時(shí)。機(jī)車牽引電機(jī)軸承發(fā)生故障后，引起的輪對固死惡性事故，在救援過程中必須將故障牽引電機(jī)的齒輪箱進(jìn)行切割分離，然后切除牽引電機(jī)齒端小齒后，故障機(jī)車才能被其他救援機(jī)車拖離正線，其救援方式復(fù)雜、救援難度大、占線時(shí)間長，造成了多起惡性行車安全事故，嚴(yán)重影響了鐵路的正常運(yùn)輸秩序。

2.2 軸承固死電機(jī)拆解情況

以2010年12月14日發(fā)生軸承固死的HXD1C0069機(jī)車0311號牽引電機(jī)為例，牽引電機(jī)齒端軸承發(fā)生固死后，電機(jī)立即返回制造廠進(jìn)行拆解檢查。齒端外蓋拆下后，齒端軸承保持架碎片散落出來，保持架已經(jīng)完全毀損，齒端軸承滾柱完全毀損4個(gè)，其余滾柱存在不同程度磨損。在齒端端蓋外表面有大量的糊狀金屬碎屑和金屬熔塊，其中有黃色金屬和白色金屬，均是損毀的滾柱與保持架熔化所成。

齒端軸承滾柱磨損嚴(yán)重，其表面出現(xiàn)大量的凹痕以及塊狀剝離。齒端軸承內(nèi)圈出現(xiàn)大量凹痕以及幾處剝離，損壞嚴(yán)重。齒端軸承外圈軌道在靠近大小齒輪嚙合軸線方向，出現(xiàn)連續(xù)4處被滾柱擠壓形成的凹坑，4道寬1cm，長20～30cm不等的條狀

剝離。

3 牽引電機(jī)齒端軸承故障分析

3.1 運(yùn)行環(huán)境分析

3.1.1 HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承潤滑方式。HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承潤滑方式，與直流機(jī)車牽引電機(jī)軸承的潤滑方式有較大不同，原有直流機(jī)車牽引電機(jī)軸承，采用齒輪箱潤滑油與電機(jī)軸承潤滑油完全分離的方式進(jìn)行潤滑。牽引電機(jī)齒端和非端軸承通過定期補(bǔ)充專用潤滑脂的方式進(jìn)行維護(hù)，齒輪箱大齒和小齒通過定期檢查、補(bǔ)充和更換齒輪箱油的方式進(jìn)行維護(hù)，齒輪箱油和牽引電機(jī)潤滑油完全處于分離狀態(tài)。而HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承，采用齒輪箱潤滑油與牽引電機(jī)齒端潤滑油共用的方式進(jìn)行潤滑，機(jī)車在運(yùn)行過程中，通過輪對大齒飛濺齒輪箱油至電機(jī)集油槽內(nèi)，集油槽收集的齒輪箱潤滑油通過潤滑油孔流入軸承室內(nèi)對齒端軸承進(jìn)行潤滑，之后潤滑油通過回油槽再流回齒輪箱內(nèi)。因此，HXD1C機(jī)車齒輪箱潤滑油的質(zhì)量狀態(tài)將直接影響牽引電機(jī)齒端軸承的運(yùn)行環(huán)境。

3.1.2 運(yùn)行環(huán)境存在問題及分析。通過對HXD1C機(jī)車JD160A牽引電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，對運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)在運(yùn)行過程中需要通過電機(jī)呼吸孔來保證電機(jī)的正常工作，而該呼吸孔的負(fù)壓只有158Pa。當(dāng)機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)，在車底走行風(fēng)和壓力撒砂的作用下，各種高硬度異物和機(jī)砂將會(huì)通過呼吸孔進(jìn)入電機(jī)齒端軸承的循環(huán)油路，導(dǎo)致齒輪箱潤滑油的品質(zhì)受到嚴(yán)重破壞，進(jìn)而直接影響齒端軸承的工作環(huán)境。因此，解決牽引電機(jī)呼吸孔問題，將是解決電機(jī)齒端軸承故障問題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

3.2 頂輪振動(dòng)檢測分析

為能快速取得HXD1C機(jī)車電機(jī)軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)，我段利用現(xiàn)有直流機(jī)車的振動(dòng)檢測平臺(tái)，開展交流機(jī)車頂輪檢測試驗(yàn)，對HXD1C機(jī)車的電機(jī)軸承均方根值和翹度系數(shù)進(jìn)行了檢測和收集。在頂輪檢測試驗(yàn)過程中，多次發(fā)現(xiàn)牽引電機(jī)軸承異音較大或轉(zhuǎn)動(dòng)困難的情況，由于當(dāng)前交流機(jī)車電機(jī)軸承的均方根值和翹度系數(shù)沒有權(quán)威的注意值和拆解值，所以，對發(fā)現(xiàn)異音和轉(zhuǎn)動(dòng)困難的牽引電機(jī)必須打開齒輪箱，對齒端軸承外觀進(jìn)行檢查，對軸承間隙進(jìn)行測量，才能確定是否需要更換牽引電機(jī)。這種方式不僅工作量巨大，而且嚴(yán)重影響檢修進(jìn)度。因此，確定HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承均方根值和翹度系數(shù)的注意值和拆解值，將可以有效預(yù)防電機(jī)軸承發(fā)生途中固死，正確判斷電機(jī)軸承是否存在質(zhì)量隱患的重點(diǎn)。

3.3 潤滑油狀態(tài)分析

為全面掌握HXD1C機(jī)車的齒輪箱油狀態(tài)，我段將配屬的HXD1C機(jī)車齒輪箱油進(jìn)行了全面的送樣化驗(yàn)，化驗(yàn)項(xiàng)目主要包括鐵、銅、硅、鋁、鉻以及鐵銅比等內(nèi)容。通過化驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，個(gè)別機(jī)車齒輪箱油的銅、鐵、硅含量異常超標(biāo)，銅的含量達(dá)到了79.8?g/g（正常值為<30?g/g），硅的含量達(dá)到了171.47?g/g（正常值為<10?g/g）。由于齒輪箱潤滑油所涉及的部件中，只有齒端軸承保持架的材質(zhì)為銅，因此銅、鐵含量異常超標(biāo)，可以初步預(yù)判為保持架和滾柱已發(fā)生了磨損現(xiàn)象；而機(jī)砂材質(zhì)中含有大量的硅元素，由于受牽引電機(jī)呼吸孔問題的影響，齒輪箱油被機(jī)砂污染的幾率較高。因此硅含量的異常超標(biāo)，也可以初步預(yù)判為齒輪箱油受到了機(jī)砂的污染。雖然齒輪箱油所受到的各種污染情況比較突出，但又未達(dá)到更換牽引電機(jī)軸承的嚴(yán)重程度。在此情況下，如何清除現(xiàn)有齒輪箱油中存在的各種雜質(zhì)，在一定程度上重新提升潤滑油的品質(zhì)，將是延長電機(jī)軸承使用壽命、提高電機(jī)軸承維護(hù)水平的重要手段。

4 牽引電機(jī)齒端軸承故障預(yù)防措施

4.1 牽引電機(jī)呼吸孔改進(jìn)

為防止機(jī)砂等雜質(zhì)通過牽引電機(jī)呼吸孔進(jìn)入齒端軸承循環(huán)油路，并且在不落車和抬車的情況下，通過外加簡易裝置直接降低外界砂粒進(jìn)入電機(jī)循環(huán)油路的幾率，是解決該問題的最佳方案。由于電機(jī)齒端蓋上有6個(gè)呼吸孔，分為2組，分別位于端蓋左上方與右下方，其中左上方的呼吸孔與齒輪箱位置較近，在齒輪箱的遮擋下，砂粒進(jìn)入該孔的幾率不大。因此，對齒端端蓋下方的3個(gè)呼吸孔加裝3根約250mm的通風(fēng)管，其中1根為尼龍軟管，2根為PU鋁塑管；通過3根尼龍?jiān)鷰Ч潭ㄔ诙松w的通風(fēng)筋上，將管口朝下，使走行風(fēng)無法直接灌入，即便進(jìn)入管道，砂粒在重力作用下也會(huì)掉落，降低砂粒進(jìn)入呼吸孔內(nèi)的可能性，減少我段HXD1C機(jī)車齒輪箱油受外部雜質(zhì)污染的幾率。

4.2 門檻值的確定和頂輪檢測的全面開展

通過不斷地完善、分析和摸索頂輪數(shù)據(jù)的注意值和拆解值，將不同量級均方根值和翹度系數(shù)的牽引電機(jī)發(fā)回制造廠進(jìn)行拆解，對拆解后軸承的磨損情況進(jìn)行對比分析，我段初步確定了牽引電機(jī)齒端軸承均方根值和翹度系數(shù)的注意值和拆解值。HXD1C機(jī)車的批量頂輪檢測工作可初步以此注意值和拆解值為標(biāo)準(zhǔn)，對牽引電機(jī)齒端軸承的狀態(tài)進(jìn)行跟蹤和卡控，對超過注意值的機(jī)車觀察運(yùn)用，對超過拆解值的牽引電機(jī)進(jìn)行更換，有效地將牽引電機(jī)軸承固死情況卡控在庫內(nèi)。

4.3 齒輪箱潤滑油的過濾

為清除現(xiàn)有齒輪箱油中存在的各種金屬雜質(zhì)，并且在不落輪、不抬車、不拆解齒輪箱的情況下，降低齒輪箱潤滑油中銅、鐵、鋁、硅、鉻的含量，現(xiàn)有較為有效的措施，就是采用齒輪箱濾油機(jī)在各級修程中對齒輪箱油進(jìn)行過濾。我段通過對HXD1C0021機(jī)車的兩位齒輪箱潤滑油進(jìn)行了過濾試驗(yàn)，齒輪箱潤滑油經(jīng)過過濾后，其各項(xiàng)金屬指標(biāo)發(fā)生了明顯的降低，主要體現(xiàn)在銅、鐵和硅三種元素的明顯較少。因此，將濾油機(jī)方案在HXD1C機(jī)車各級修程中進(jìn)行應(yīng)用，可作為預(yù)防電機(jī)軸承故障、提升齒輪箱潤滑油品質(zhì)的輔助措施，同時(shí)也能在一定程度上延緩牽引電機(jī)齒端軸承故障的發(fā)展速度。

5 措施執(zhí)行效果

關(guān)于HXD1C機(jī)車牽引電機(jī)齒端軸承故障的三項(xiàng)預(yù)防措施中，我段已實(shí)際開展了兩項(xiàng)，分別是機(jī)車頂輪檢測試驗(yàn)和牽引電機(jī)呼吸孔改進(jìn)。我段從2011年7月開始，就已全面開展了頂輪檢測工作，截至發(fā)稿日，已完成了300多臺(tái)次的頂輪檢測工作。通過頂輪軸承檢測試驗(yàn)共發(fā)現(xiàn)了51臺(tái)機(jī)車牽引電機(jī)軸承存在缺陷，并及時(shí)進(jìn)行了問題牽引電機(jī)的更換。其中HXD1C0057機(jī)車的牽引電機(jī)軸承發(fā)送至株洲電機(jī)公司解體后，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承外套、內(nèi)套、保持架、滾柱均發(fā)生了不同程度的剝離現(xiàn)象，軸承室內(nèi)有大量金屬屑，該軸承若再繼續(xù)使用必將造成電機(jī)軸承途中固死。關(guān)于牽引電機(jī)呼吸孔改造工作，截至發(fā)稿日，我段牽引電機(jī)的呼吸孔改造工作已全部完成，通過對齒輪箱油的全面取樣化驗(yàn)，潤滑油中硅元素的含量較改造之前有明顯下降。結(jié)合頂輪工作的全面開展，在牽引電機(jī)呼吸孔改造后，我段還未發(fā)生過一起因牽引電機(jī)齒端軸承故障而引發(fā)的線上固死情況。

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作者簡介：黃一恒（1981-），男，四川內(nèi)江人，成都鐵路局重慶機(jī)務(wù)段技術(shù)科助理工程師，研究方向：HX型機(jī)車質(zhì)量技術(shù)。

（責(zé)任編輯：吳 濤）