HXD3C型機(jī)車牽引電機(jī)軸承故障案例分析

呂繼健 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海機(jī)車檢修段

2018年11月10日，濟(jì)南機(jī)務(wù)段配屬HXD3C-0947機(jī)車擔(dān)當(dāng)K566次牽引任務(wù)，機(jī)車行至太原東，發(fā)生52位軸溫報(bào)警。該機(jī)車2017年12月28日，上海機(jī)車檢修段C5修，修后走行205256 km。2018年8月31日，濟(jì)南機(jī)務(wù)段1C2，修后走行33610 km。故障電機(jī)編號(hào)：3130907。

1 故障電機(jī)C5修檢修情況

（1）經(jīng)查該故障電機(jī)NU330、QJ318、NU320軸承更新。新軸承檢查狀態(tài)良好，NU320軸承徑向游隙0.11 mm，NU330軸承徑向游隙0.19 mm，符合要求。

（2）定子對(duì)轉(zhuǎn)軸間的絕緣電阻測(cè)量值為550 MΩ，符合要求。

（3）檢查裝配前注油量情況，按工藝規(guī)定注油。

（4）檢查轉(zhuǎn)子軸徑外徑、軸承蓋、軸承室內(nèi)徑符合要求。

（5）電機(jī)空載試驗(yàn)。記錄為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異音，轉(zhuǎn)子與定子間無(wú)摩擦，500 r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)10 min，1 500 r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)50 min，2 662 r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)10 min，空轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)量?jī)啥溯S承溫升（傳動(dòng)端：17 K，非傳動(dòng)端28 K）不超過(guò)規(guī)定35 K。其它各項(xiàng)參數(shù)符合要求。

（6）電機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 r／min下，橫向、縱向、垂向振動(dòng)值最大為1.18 mm/s，不大于規(guī)定的2.8 mm/s。其它各項(xiàng)參數(shù)符合要求。

2 故障電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拆解情況

2.1 非傳動(dòng)端檢查

檢查電機(jī)非傳動(dòng)端，軸承外端蓋外側(cè)無(wú)油脂漏泄，打開(kāi)軸承外端蓋，測(cè)速齒盤安裝良好。檢查軸承安裝情況，軸承安裝測(cè)量值符合要求。軸承油脂無(wú)變色，拔出QJ318軸承的定位銷，軸承外圈在軸承座內(nèi)能轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)變形、卡滯現(xiàn)象；拆下NU320軸承，檢查軸承油脂無(wú)變色；內(nèi)封環(huán)無(wú)變色，在軸承座內(nèi)能轉(zhuǎn)動(dòng)；軸承座底部圓孔內(nèi)側(cè)已倒角。軸承QJ318、NU320清洗后外觀檢查無(wú)損傷，狀態(tài)良好。

2.2 傳動(dòng)端檢查

通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)端檢查，軸承外油封凸出，油脂漏泄，內(nèi)油封無(wú)油脂漏泄，保持架斷裂一處，保持架中間的銅條全部斷裂，已化成粉末，滾柱13顆集中在一起，嚴(yán)重磨損、變色，軸承外圈斷裂三處變色，軸承內(nèi)套整個(gè)一圈嚴(yán)重磨損、變色。

2.3 從動(dòng)齒輪、主動(dòng)齒輪、軸錐面

主動(dòng)齒輪外表面變色、發(fā)黑；從動(dòng)齒輪狀態(tài)正常無(wú)變色，軸錐面無(wú)拉傷痕跡，整體發(fā)熱變黑。

2.4 定子、轉(zhuǎn)子

定子狀態(tài)良好，在傳動(dòng)端定子繞組上面一圈有10 cm寬度油跡，機(jī)體無(wú)變形、損傷、螺栓松動(dòng)等現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)子在傳動(dòng)端的軸伸處錐面無(wú)拉傷痕跡，顏色變黑；軸承、外油封安裝位嚴(yán)重拉傷，顏色變黑。

3 機(jī)車軸報(bào)數(shù)據(jù)分析情況

3.1 裝置開(kāi)關(guān)機(jī)情況如表1所示

黑框處五次系統(tǒng)工作過(guò)程分別定義為“第一次”、“第二次”、“第三次”、“第四次”、“第五次”系統(tǒng)工作。其中“第三次”時(shí)出現(xiàn)了軸承預(yù)警信息，“第五次”時(shí)發(fā)生了軸溫報(bào)警導(dǎo)致機(jī)車故障停車。

根據(jù)事故發(fā)展情況，第一次、第二次系統(tǒng)工作為故障初始階段，第三次為故障發(fā)展階段（前期），第四次系統(tǒng)工作為故障發(fā)展階段（后期），第五次系統(tǒng)工作為故障發(fā)生階段。

3.2 軸承沖擊趨勢(shì)分析

圖1 SV值

經(jīng)分析故障初始階段：52位SV值在8日12：18：53突然上升，同期SV值約為42位的2.5倍，如圖1所示（白圈處為走行部故障監(jiān)測(cè)裝置的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間點(diǎn)）。

故障發(fā)展階段（前期）：52位在機(jī)車開(kāi)始運(yùn)行后同期與42位SV值比較倍數(shù)迅速增大，并且在9日8：15：37達(dá)到9364，約為同期42位沖擊值的9倍。此次系統(tǒng)工作期間，電機(jī)轉(zhuǎn)速為450 r/mi-500 r/min時(shí)，SV值一直高于5500。

故障發(fā)展階段（后期）：52位在電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)350 r/mi的工況下，該位沖擊值均超過(guò)7500，其中先后有4次振動(dòng)值超出傳感器接收上限值（10000）。

故障發(fā)生階段：52位在機(jī)車正常運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速上升后振動(dòng)值直線上升至傳感器接收極限，并且持續(xù)至減速停車趨勢(shì)時(shí)振動(dòng)值下降。

從沖擊趨勢(shì)上進(jìn)行分析，該機(jī)車52位于故障初始階段沖擊值已經(jīng)存在異?，F(xiàn)象，故障發(fā)展階段情況進(jìn)一步惡化，直至故障發(fā)生階段，系統(tǒng)軸溫報(bào)警。

3.3 溫度實(shí)時(shí)分析情況

根據(jù)溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，該機(jī)車故障發(fā)展階段（前期）52位溫度稍有偏高。機(jī)車于故障發(fā)展階段（后期）52位溫度急劇升高，于故障發(fā)生階段首次出現(xiàn)軸溫報(bào)警，如圖2所示。

圖2 溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

故障發(fā)展階段（前期），52位與42、62位溫度最大溫差達(dá)到5℃，此時(shí)52位溫度略高于其他兩位。

故障發(fā)展階段（后期），10日 0：12：，52位與 42、62位溫度最大溫差達(dá)到17℃，此時(shí)52位溫度明顯高于其他兩位。

從溫度記錄來(lái)看，該機(jī)車52位于故障發(fā)展階段（前期）時(shí)，溫度略高于42、62位，其故障特征不是很明顯；但在故障發(fā)展階段（后期）時(shí)，52位溫度明顯高于其他兩位。這一點(diǎn)應(yīng)在數(shù)據(jù)分析時(shí)注意。

3.4 數(shù)據(jù)分析小結(jié)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析情況，在故障初始階段時(shí)，故障位別SV沖擊趨勢(shì)明顯上升。故障發(fā)展階段（前期）出現(xiàn)了軸承預(yù)警（保持架外），且52位溫度略高于其他兩位。故障發(fā)展階段（后期）出現(xiàn)了軸承預(yù)警（保持架外、保持架內(nèi)），且52位溫度明顯高于其他兩位。最終于故障發(fā)生階段出現(xiàn)軸溫報(bào)警并伴隨大量齒輪預(yù)警與軸溫報(bào)警。

分析認(rèn)為:故障初始階段，軸承保持架已經(jīng)出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致該機(jī)車52位SV值迅速上升。但由于保持架的工況、材料特性，直至故障發(fā)展階段（前期），52位溫升相較相鄰兩軸同位不是非常明顯。

故障發(fā)展階段（后期），軸承中保持架情況進(jìn)一步惡化，SV值與鄰軸同位的差距進(jìn)一步加大，測(cè)試點(diǎn)溫度上升也更為明顯。

4 軸承故障原因分析

4.1 軸承沒(méi)有補(bǔ)油

機(jī)車在日常使用時(shí)，如果沒(méi)有定量補(bǔ)油，會(huì)造成因軸承內(nèi)部缺油導(dǎo)致軸溫升高。如不采取措施，則引發(fā)軸承缺油燒損。

現(xiàn)場(chǎng)檢查該電機(jī)傳動(dòng)端和非傳動(dòng)端軸承油道暢通且無(wú)缺油。經(jīng)分析確認(rèn)故障電機(jī)軸承沒(méi)有缺油。

4.2 組裝原因

（1）從非傳動(dòng)端檢查情況看，無(wú)發(fā)生配件損傷、擠壓、接磨、緊固件松動(dòng)現(xiàn)象，油質(zhì)良好，無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象。

（2）從檢查定子、轉(zhuǎn)子、從動(dòng)齒輪、主動(dòng)齒輪、軸錐面情況看，狀態(tài)良好；主動(dòng)齒輪變色是由于軸承過(guò)熱導(dǎo)致主動(dòng)齒輪高溫變色。

（3）從傳動(dòng)端檢查情況看，所有配件存在損傷、擠壓、過(guò)熱現(xiàn)象。軸承安裝良好。

經(jīng)分析確認(rèn)，故障電機(jī)不存在組裝原因。

4.3 材質(zhì)原因

4.3.1 外觀檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查電機(jī)傳動(dòng)端，發(fā)現(xiàn)保持架斷裂一處；檢查斷裂處明顯發(fā)黑，軸承外圈斷裂三處，斷口有金屬新斷痕跡；軸承內(nèi)套整個(gè)一圈嚴(yán)重磨損變色，銅條已全部磨成粉末。

4.3.2 NTN廠家檢測(cè)情況

（1）軸承檢測(cè)結(jié)果，如圖3所示。

圖3 軸承檢測(cè)結(jié)果

軸承外圈斷裂起點(diǎn)為擋邊內(nèi)徑面，由于發(fā)現(xiàn)與保持架有明顯滑動(dòng)痕跡，推測(cè)斷裂是摩擦開(kāi)裂發(fā)展而來(lái)。保持架破損嚴(yán)重，并熔著在內(nèi)外圈滾道、滾子、擋邊面，無(wú)法確定斷裂起點(diǎn)；保持架外徑面確認(rèn)有明顯的卡死損傷；外圈滾道面及滾子滾動(dòng)面發(fā)現(xiàn)保持架熔著、卡死、燒灼等顯著傷損；外圈外徑面發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)的變色。

（2）檢測(cè)結(jié)果

由于發(fā)現(xiàn)保持架外徑面有顯著的卡死損傷，通過(guò)分析比較，保持架斷裂一處，在靠近銅條的轉(zhuǎn)角處，但斷口有金屬舊斷痕跡，推斷保持架外徑面為失效起點(diǎn)，對(duì)于外圈的斷裂，可能是由于摩擦開(kāi)裂發(fā)展而來(lái)，外圈擋邊的內(nèi)徑面為斷裂起點(diǎn)。由于材質(zhì)原因以及應(yīng)力集中造成斷裂。

5 結(jié)論

通過(guò)走行部監(jiān)測(cè)裝置分析以及故障電機(jī)解體分析認(rèn)為，因該軸承質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)了軸承保持架斷裂。通過(guò)NTN廠家檢測(cè)情況，判斷是由于保持架斷裂一處繼而發(fā)生保持架銅條相繼斷裂，滾柱相互沖擊在一起。軸承外圈受力加高溫造成斷裂三段，外封環(huán)完全頂出，軸承脂流失及高溫碳化，最終導(dǎo)致軸承固死。

6 整改措施

（1）故障軸承送廠進(jìn)一步檢測(cè)分析。對(duì)故障軸承送NTN廠家檢測(cè)，查找深層原因，從源頭上避免有問(wèn)題軸承裝車。

（2）加強(qiáng)機(jī)車走行部監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)跟蹤分析。梳理該批次軸承在機(jī)車上的安裝情況，定期跟蹤觀察機(jī)車走行部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)質(zhì)量跟蹤、數(shù)據(jù)分析。

（3）繼續(xù)做好軸承關(guān)鍵質(zhì)量盯控。做好新軸承的存放、檢測(cè)、組裝，軸承的溫升、振動(dòng)試驗(yàn)，強(qiáng)化對(duì)機(jī)車走行部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析工作。

（4）抓好牽引電機(jī)C5修工藝范圍落實(shí)。嚴(yán)肅作業(yè)紀(jì)律，按照C5修工藝范圍要求，做好三檢一驗(yàn)，抓好牽引電機(jī)關(guān)鍵工位、工序、部件的質(zhì)量卡控，確保組裝質(zhì)量。