SS4型電力機(jī)車軸箱軸承電蝕淺析及對策

聶鳳池

【摘 要】論文針對SS4型電力機(jī)車軸箱軸承故障，通過分析SS4型電力機(jī)車的軸箱接地保護(hù)裝置的特點，對軸箱軸承發(fā)生電蝕的原因進(jìn)行了分析，提出了防止電蝕發(fā)生的針對性措施。

【Abstract】 According to the axle box bearing fault of SS4 electric locomotive， paper analyzes the characteristics of grounding protection device of SS4 electric locomotive axle， and the causes of electrical erosion of axle box bearings， then puts forward the measures to prevent the occurrence of electric erosion.

【關(guān)鍵詞】軸承；電蝕；分析；對策

【Keywords】axle； electric erosion； analysis； countermeasures

【中圖分類號】U269.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0173-02

1 軸承故障統(tǒng)計

2016年10月至2017年10月，太原機(jī)務(wù)段SS4型電力機(jī)車共發(fā)生機(jī)車軸箱軸承故障4起，見表1。

故障軸承解體后檢查發(fā)現(xiàn)， 4起軸承故障中，疲勞剝離2件，另外2件呈現(xiàn)電蝕現(xiàn)象，占全部軸承故障的50%。

2 電蝕原因分析

2.1 SS4型電力機(jī)車受流的路徑

SS4型電力機(jī)車通過機(jī)車受電弓從變電所引出的接觸網(wǎng)上獲得電流，通過主斷路器引入機(jī)車主變壓器原邊，原邊的接地點在車體上。然后通過安裝在輪軸上的接地裝置，使電流通過車軸、輪對，引入鋼軌回流到變電所。具體的路徑是：接觸網(wǎng)→機(jī)車受電弓→主斷路器→機(jī)車主變壓器原邊→車體固定接地點→軟編織線→軸箱接地裝置→車軸→輪軌接觸點→鋼軌回到接觸網(wǎng)工區(qū)。由此看出車軸是接地電流的必經(jīng)部件，而軸箱軸承套裝在車軸軸頸上。如何最大限度杜絕流經(jīng)軸箱軸承的電流，從而防止軸承電蝕對保證機(jī)車輪對質(zhì)量的安全可靠具有重要意義。

2.2 電蝕的基本原理

第一，電蝕是軸承失效故障的常見形態(tài)之一，其形成的原因主要有兩個。一是當(dāng)電流通過軸承時，由于滾柱與軸承內(nèi)套之間的相對運動，造成導(dǎo)電體（外圈、內(nèi)圈、滾柱）接觸不穩(wěn)定，會在滾柱與內(nèi)外圈間發(fā)生電閃絡(luò)。該現(xiàn)象與機(jī)車入檢修庫，使用牽車幫牽車時，輪軌間放電，產(chǎn)生火花的現(xiàn)象類似。二是軸承滾柱與內(nèi)外圈間有一層潤滑油膜，當(dāng)電流通過時，電流擊穿油膜產(chǎn)生電閃絡(luò)。兩種因素的電閃絡(luò)都會產(chǎn)生高熱，在電弧和高熱的作用下，內(nèi)外圈和滾柱接觸面產(chǎn)生熔鎦、疤結(jié)或弧坑。第二，軸承電蝕的形態(tài)特征，軸承電蝕后，一般會在軸承滾柱和內(nèi)外圈滾道上產(chǎn)生不規(guī)則的熔鎦、疤結(jié)或弧坑，嚴(yán)重時會造成剝離。第三，軸箱軸承電蝕的危害。軸箱軸承電蝕程度取決于通過軸承電流的大小、時間長短，電流越大，作用時間越長，電蝕越嚴(yán)重。如果機(jī)車安裝了走行部監(jiān)控裝置，當(dāng)電蝕發(fā)生時，系統(tǒng)會發(fā)出1級報警。如果不采取措施，隨著機(jī)車的運行，電蝕產(chǎn)生的損傷會迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致2級報警。此時，軸箱內(nèi)軸承溫度急劇上升，潤滑脂會汽化和碳化，變黑，變硬，最終導(dǎo)致軸承散架，固死。極端嚴(yán)重時，造成切軸事故。

3 SS4型電力機(jī)車軸箱的結(jié)構(gòu)特點及軸承電蝕原因分析

3.1 SS4型電力機(jī)車軸箱結(jié)構(gòu)及作用

SS4型電力機(jī)車軸箱裝設(shè)在車軸兩端的軸頸上，用于安裝軸承，對車軸進(jìn)行定位。軸箱將車體、轉(zhuǎn)向架和牽引電機(jī)的部分重量經(jīng)輪對傳遞給鋼軌，并將來自輪對的牽引力或制動力經(jīng)軸箱拉桿傳給轉(zhuǎn)向架。此外，軸箱還傳遞輪對與轉(zhuǎn)向架間的橫向作用力和縱向作用力。

SS4型電力機(jī)車軸箱由軸箱體、前后端蓋、圓柱滾子、密封環(huán)、軸承接地裝置等組成。軸箱內(nèi)部并列安裝2盤圓柱滾子軸承。軸承外圈與軸箱內(nèi)孔是過渡配合，軸承內(nèi)圈與軸頸是過盈配合。

3.2 SS4型電力機(jī)車的軸箱接地裝置

為防止機(jī)車軸箱軸承電蝕，SS4型電力機(jī)車設(shè)有軸箱接地裝置。以使接地電流通過接地裝置、車軸、輪軌接觸點回流，避免了接地電流通過軸承。

接地裝置：SS4型電力機(jī)車每臺轉(zhuǎn)向架的一、三車軸的右端，二、四車軸的左端軸箱內(nèi)安裝有接地裝置，接地裝置主要由下列部件組成：接地線、接地電刷、電刷彈簧等。

3.3 SS4型電力機(jī)車軸箱軸承電蝕原因分析

根據(jù)觀察，機(jī)車在檢修和運用時，時常存在下列情況，接地裝置失效，不能發(fā)揮作用，使得電流通過軸箱軸承，造成軸承電蝕。

第一，軸箱接地線維護(hù)不當(dāng)，銅質(zhì)的軟編織接地線彎曲下垂，搭在軸箱體上，分流了接地裝置的接地電流，這種現(xiàn)象非常普遍。正常情況下，流過軸箱接地裝置的接地電流的路徑是：車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱接地裝置接地線固定點→接地刷辯→接地電刷→車軸端面→車輪→輪軌接觸點。當(dāng)銅質(zhì)的軟編織接地線彎曲下垂，搭在軸箱體上后，接地電流被分流，軸承有電流流過。接地電流的路徑是：車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱體與軟編織線接觸點車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱體車體固定接地點→接地軟編織線→軸承外圈→滾柱→軸承內(nèi)圈→車軸→車輪→輪軌接觸點。第二， 軸箱接地裝置不良，不能發(fā)揮接地作用。SS4型電力機(jī)車由2臺完全相同的車節(jié)組成，每節(jié)車有一臺獨立的主變壓器和2個轉(zhuǎn)向架。每節(jié)車的車體上有4個固定接地點。分別連接對應(yīng)轉(zhuǎn)向架車軸上的接地裝置。即機(jī)車從接觸網(wǎng)獲得的電能是通過安裝在每根車軸上的接地裝置回流到接觸網(wǎng)工區(qū)的。如果機(jī)車某節(jié)車的接地裝置不良，則接地電流將通過車體支撐裝置（摩擦減震器、垂向油壓減震器）→轉(zhuǎn)向架側(cè)梁→軸箱拉桿→軸箱體→軸承外圈→滾柱→軸承內(nèi)圈→車軸→車輪→輪軌接觸點。全部經(jīng)過軸承，造成軸承電蝕。第三，電焊使用不當(dāng)造成電蝕。機(jī)車回庫檢修作業(yè)，轉(zhuǎn)向架部件焊修時，如焊修軸箱吊桿，甚至違規(guī)用電焊切割軸箱大蓋螺絲，不按照焊修工藝要求連接回流線，而是將回流線手把搭在鋼軌上或夾在轉(zhuǎn)向架上，使得電焊機(jī)的電流經(jīng)過軸箱軸承，造成電蝕。此種情況的電蝕電流的路徑是：電焊機(jī)焊把→焊件→軸箱拉桿→軸箱體→軸承外圈→滾柱→軸承內(nèi)圈→車軸→車輪→輪軌接觸點→電焊機(jī)回流線。第四， 感應(yīng)電流造成電蝕。電力機(jī)車上的主型電器均是儲能部件，如：主變壓器、牽引電動機(jī)等，尤其是主變壓器及各種電源的副端即接地點都接在車體上，這些因素勢必造成感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流最終都要通過輪軸傳到鋼軌上。如果軸箱接地裝置故障或作用不良，就會使感應(yīng)電流流經(jīng)軸承，造成電蝕。

4 防止軸承電蝕采取的措施

鑒于目前電力機(jī)車的供電方式以及電力機(jī)車本身的帶電特性，若要徹底消除軸箱軸承電蝕是不現(xiàn)實的。但是我們可以采取措施，最大程度地阻止、化解或減小通過軸承的電流，以消滅或減輕軸承電蝕。根據(jù)以上分析，建議采取以下措施：

第一，加強(qiáng)軸箱接地裝置的檢查維護(hù)，確保各部件正常。機(jī)車進(jìn)入修程時，檢查軸箱小蓋與軸箱體間絕緣墊是否完整良好。按照檢修范圍要求打開軸箱小蓋檢查接地裝置無異常，接地電刷移動自如順暢無卡滯，刷辯無過熱短股，無擠壓，刷辯鼻子緊固螺絲緊固無松動，電刷壓力彈簧壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。尤其是檢查確認(rèn)接地電刷與軸端面可靠接觸。第二，加強(qiáng)軸箱接地線的維護(hù)，防止接地線與軸箱體接觸。為杜絕接地線與軸箱體接觸產(chǎn)生的分流電流，建議對接地線加裝套管或?qū)⒔釉谳S箱小蓋上的接地線與接在車體接地點上的接地線用所帶捆扎，從而杜絕接地線的分流電流造成的電蝕。機(jī)車日?；貛煺麄渥鳂I(yè)時，檢查接地線安裝良好無過熱，接地線與軸箱體保持一定的距離，確保機(jī)車運行中通過曲線、道岔群時接地線不與軸箱體接磨。軸箱小蓋接地線的接線柱的絕緣必須完整，確保接地線的線鼻子與軸箱小蓋有足夠的絕緣距離。第三，加強(qiáng)電焊作業(yè)的管理。已經(jīng)組裝軸承的軸箱體上嚴(yán)禁電焊作業(yè)。機(jī)車檢修焊修作業(yè)時，必須按照要求正確使用回流線，不得使電焊機(jī)電流經(jīng)過軸箱軸承。

5 結(jié)語

機(jī)車軸箱軸承是機(jī)車走行部最重要的部件之一，是使機(jī)車輪對正常滾動，從而實現(xiàn)牽引列車運行的重要部件。其運行工作質(zhì)量狀態(tài)不僅決定了機(jī)車運行的速度、品質(zhì)，更是確保列車運行安全的關(guān)鍵部件。因此時刻掌握軸箱軸承的質(zhì)量狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、解決軸箱軸承的異常狀態(tài)，是機(jī)車定期檢修、日常整備保養(yǎng)的重要內(nèi)容之一。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張有松，朱龍駒. 韶山4型電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2006.