HXD2型電力機(jī)車1軸5位牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警原因分析及優(yōu)化設(shè)計

王天翊 劉浩

摘要：電力機(jī)車6A走行部監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力機(jī)車軸箱軸承、牽引電機(jī)軸承等的振動沖擊及溫度進(jìn)行監(jiān)測，是保證機(jī)車走行部安全運用的重要監(jiān)測措施。本文對HXD2型電力機(jī)車發(fā)生的1軸5位牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警問題進(jìn)行了分析，并提出優(yōu)化設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：HXD2型機(jī)車;走行部監(jiān)控系統(tǒng);軸溫報警;優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

HXD2型交流傳動八軸9600 kW貨運電力機(jī)車是由中車大同電力機(jī)車有限公司為適應(yīng)中國鐵路使用要求設(shè)計的鐵路干線貨運電力機(jī)車。機(jī)車總功率達(dá)到9600 kW，單軸功率為1200 kW，軸重為25噸，軸式為Bo-Bo;最高運用速度120 km/h。2018年夏季，配屬安康機(jī)務(wù)段的HXD2型機(jī)車發(fā)生牽引電機(jī)非傳動端軸承（1軸5位）6A溫度報警。針對該問題，進(jìn)行了反復(fù)分析研究，通過對機(jī)車運行線路、電機(jī)通風(fēng)性能、軸承溫度上升趨勢等方面的綜合分析，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件中對溫度檢測的要求，提出牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警問題的優(yōu)化方案。

1 機(jī)車牽引電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)及6A復(fù)合傳感器安裝位置

HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)在轉(zhuǎn)向架上的安裝方式采用滾動抱軸式半懸掛結(jié)構(gòu)，牽引電機(jī)、齒輪箱、抱軸箱組成剛性結(jié)構(gòu)，一端通過兩個安裝于抱軸箱內(nèi)的圓錐滾子軸承支撐在車軸上，另一端通過電機(jī)吊桿及橡膠套彈性地懸掛于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上[1]。從齒輪箱所在端開始，每軸的六個6A復(fù)合傳感器測試點依次為：l1—齒端軸箱軸承座;l2—齒端電機(jī)軸承座;l3—齒端抱軸軸承座;l4—非齒端抱軸軸承座;l5—非齒端電機(jī)軸承座;l6—非齒端軸箱軸承座。具體位置如圖1所示。其中，l5—非齒端電機(jī)軸承座安裝著用來監(jiān)測電機(jī)非傳動端軸承的復(fù)合傳感器，其溫度報警門限值為：溫度報警90℃，溫升報警55 K[2]。

2 故障基本情況

2.1 機(jī)車運行線路

機(jī)車牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警均發(fā)生在西康線下行青岔至營鎮(zhèn)區(qū)段。青岔公里標(biāo)K81+287 m，營鎮(zhèn)公里標(biāo)K102+758 m。該區(qū)間存在14.75km坡度為11‰的長大上坡道。通過查看坡道表可知在青岔之前，從有上坡道開始（K40+350 m）到青岔（K81+287 m）共計40.937 km全部為上坡，其中存在10‰以上的坡道29.865 km。青岔-營鎮(zhèn)區(qū)間，曲線半徑R=500 m、R=600 m的路線共計1.678 km，從有上坡道開始到青岔，曲線半徑R=500 m、R=600 m的路線共計1.017 km。路況信息如圖2所示。

機(jī)車在長大上坡道運行，所需牽引功率及牽引轉(zhuǎn)矩增大，牽引電機(jī)軸承溫度上升，發(fā)生電機(jī)軸承溫度偏高甚至超過溫度門限值報警的概率較大。通過所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)看，機(jī)車牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警均發(fā)生在機(jī)車通過長大上坡道期間，因此運行線路經(jīng)過長大上坡道是機(jī)車電機(jī)軸承溫度報警的重要影響因素。

2.2 牽引電機(jī)通風(fēng)性能

牽引電機(jī)冷卻通風(fēng)不良，對牽引電機(jī)的散熱效率降低也可能導(dǎo)致軸承溫度報警[3]。使用風(fēng)速檢測儀對四臺發(fā)生溫度報警HXD21008、1517、6134、6140機(jī)車和兩臺未發(fā)生溫度報警HXD26116、6139機(jī)車的牽引電機(jī)通風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行測量，并對比機(jī)車牽引風(fēng)機(jī)通風(fēng)量。測量情況見表1。

從上表數(shù)據(jù)可以看出：HXD21008機(jī)車B節(jié)1軸牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速最小，且與電機(jī)軸承溫度報警B1軸位相同;HXD21517機(jī)車A1、HXD26134機(jī)車B1、HXD26140機(jī)車B1均存在溫度報警，對比其他機(jī)車該軸位牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速測量正常;HXD26116、HXD26139機(jī)車無電機(jī)軸承溫度報警記錄，牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速測量正常。

HXD21517、6116、6134、6139、6140機(jī)車牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速正常，僅HXD21008機(jī)車對應(yīng)報警軸位的牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速略小，因此判斷本次發(fā)生的軸承溫度報警與牽引風(fēng)機(jī)通風(fēng)量無關(guān)。

2.3 溫度上升趨勢

對其他未報警機(jī)車牽引電機(jī)非傳動端（5位）軸承溫度進(jìn)行了統(tǒng)計，在溫度較高的8月份，機(jī)車各軸非傳動端軸承溫度均較高，最高達(dá)到80℃以上。

收集了8月份（環(huán)境溫度最高時段）安康機(jī)務(wù)段HXD2型機(jī)車電機(jī)非傳動端（5位）軸承溫度≥70℃的機(jī)車共計35臺次。在CMD系統(tǒng)上查詢，發(fā)生在西康線內(nèi)的機(jī)車30臺次（定位為青岔—營鎮(zhèn)區(qū)間），未查到CMD坐標(biāo)數(shù)據(jù)的機(jī)車3臺次，其他線路的機(jī)車2臺次。溫度比例、區(qū)間分布及軸位分布的占比統(tǒng)計如圖3所示，對數(shù)據(jù)分析后可得如下結(jié)論：

（1）在環(huán)境溫度較高的8月份，機(jī)車各個軸位的非傳動端（5位）軸承的溫度均較高（70℃以上），其中75℃以下占31%;75℃及以上、80℃以下占46%;80℃及以上占23%;

（2）從區(qū)間分布上看，溫度較高情況發(fā)生在青岔—營鎮(zhèn)區(qū)間的占86%;

（3）從軸位統(tǒng)計上看，并不是所有的高溫情況都發(fā)生在1軸，各個軸位均有溫度較高的情況。其中，1軸比例為34%;2軸比例為17%;3軸比例為20%;4軸比例為29%。

3 故障原因分析

3.1 機(jī)車運行環(huán)境影響

（1）機(jī)車軸承溫度報警均發(fā)生在西康線下行青岔至營鎮(zhèn)區(qū)段，該區(qū)段多為長大上坡道和小曲線半徑;在該區(qū)段較容易出現(xiàn)各個軸位的非傳動端（5位）軸承溫度較高的情況;

（2）在環(huán)境溫度較高的8月份，各軸非傳動端（5位）軸承溫度均較高，溫度達(dá)到80多℃的情況較為普遍，很容易達(dá)到溫度報警值90℃。

因此，分析認(rèn)為，在環(huán)境溫度較高的情況下，機(jī)車通過長大上坡道時，發(fā)生牽引電機(jī)非傳動端軸承溫升報警或超溫報警的概率較大。

3.2 監(jiān)測子系統(tǒng)報警條件

（1）標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件TJ/JW 001F-2018《機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）機(jī)車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)—暫行技術(shù)條件》中第5.3.1.4條軸承溫度診斷報警條件：交流傳動機(jī)車異步牽引電動機(jī)軸承溫度報警限值應(yīng)符合TB/T 3315-2013《交流傳動機(jī)車異步牽引電動機(jī)》中5.4.5的規(guī)定，即脂潤滑方式溫升≤55 K，油潤滑方式溫升≤80K，軸承允許最高溫度≥120℃;

（2）GB 755-2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī)—定額和性能》中對電機(jī)軸承溫升要求為：用規(guī)定的適當(dāng)方法測得的該部分溫度與用規(guī)定的方法測得的冷卻介質(zhì)溫度之差，即牽引電機(jī)軸承溫升=軸承絕對溫度-冷卻介質(zhì)溫度;

HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)強(qiáng)迫冷卻風(fēng)從傳動端進(jìn)入，非傳動端出風(fēng)，故非傳動端軸承的冷卻介質(zhì)為出風(fēng)口風(fēng)溫，而6A系統(tǒng)環(huán)境溫度傳感器安裝在構(gòu)架端部的1、4軸數(shù)據(jù)前置處理器上，測量的是構(gòu)架端部環(huán)境溫度，而不是非傳動端出風(fēng)口風(fēng)溫。

3.3 故障原因總結(jié)

綜上分析，發(fā)生1軸5位牽引電機(jī)非傳動端軸承溫度報警的原因包括以下兩點。

（1）安康段HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)非傳動端（5位）軸承溫度門檻報警限值90℃未考慮到適度的裕量;

（2）目前6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)軟件中檢測到的牽引電機(jī)非傳動端（5位）軸承溫升并不是真實的溫升。

4 優(yōu)化設(shè)計方案

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件要求，并結(jié)合機(jī)車牽引電機(jī)通風(fēng)冷卻方式，制訂如下優(yōu)化設(shè)計方案。

（1）牽引電機(jī)非傳動端軸承最高溫度門檻限值由90℃調(diào)整為100℃，溫升55 K保持不變;

（2）對牽引電機(jī)非傳動端軸承所用環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將環(huán)境溫度值上調(diào)15℃作為冷卻介質(zhì)溫度。

5 結(jié)語

該方案已在安康機(jī)務(wù)段的HXD2型機(jī)車上實施并運用，軸溫監(jiān)測軟件更新后未再出現(xiàn)軸溫報警問題。我國鐵路干線機(jī)車運用南北跨度大、季節(jié)變化及環(huán)境差異大，在滿足機(jī)車安全運營與標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，可根據(jù)機(jī)車運用實際情況對走行部監(jiān)測子系統(tǒng)軸溫報警檢測值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 張志和，封全保，賈峰，等.HXD2型交流傳動重載貨運電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架[J].機(jī)車電傳動，2008（3）：6-7.

[2] 王東敏，任廣慧.HXD2C型機(jī)車6A系統(tǒng)軸溫報警頻發(fā)問題的解決[J].機(jī)車車輛工藝，2016（5）：47-48.

[3] 肖建彬.HXD3C機(jī)車軸溫報警裝置故障解析[J].電子機(jī)械工程，2014（4）：155-156.