HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承振動(dòng)報(bào)警故障分析與處理

尹若義 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥機(jī)務(wù)段

合肥機(jī)務(wù)段共配屬120臺HXD1C型機(jī)車，主要擔(dān)當(dāng)寧西線、京九線、二通道運(yùn)行交路貨運(yùn)（含行包快運(yùn)及代客機(jī)）牽引任務(wù)。2020年11月-2021年3月期間，合肥機(jī)務(wù)段數(shù)據(jù)分析人員通過6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)連續(xù)發(fā)生5臺HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承外環(huán)振動(dòng)報(bào)警故障。牽引電機(jī)落修后返中車株洲電機(jī)有限公司分解檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承外環(huán)內(nèi)滾道存在明顯剝離故障。牽引電機(jī)頻繁的報(bào)警故障干擾了運(yùn)輸生產(chǎn)，同時(shí)也造成潛在的行車安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何通過6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、油脂化驗(yàn)及其他有效檢查手段，查明故障原因，并采取切實(shí)措施消除行車安全質(zhì)量隱患，已成為檢修整備現(xiàn)場工作的迫切需要。

1 概述

1.1 HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承報(bào)警故障統(tǒng)計(jì)

如表1所示，5臺發(fā)生軸承振動(dòng)報(bào)警故障牽引電機(jī)均為2017年9月株洲機(jī)車公司新造機(jī)車裝車的牽引電機(jī)，為SKF軸承，其走行公里在51-62萬公里之間，機(jī)車號均為08××。目前合肥機(jī)務(wù)段配屬HXD1C型其他車號機(jī)車未發(fā)現(xiàn)此類振動(dòng)報(bào)警故障。

表1 HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承振動(dòng)報(bào)警故障統(tǒng)計(jì)表

1.2 HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承外環(huán)故障情況

圖1、圖2為HXD1C型0871號機(jī)車4軸5位(電機(jī)編號7957），HXD1C型0876號機(jī)車5軸5位（電機(jī)編號8018）2個(gè)非齒端軸承解體檢查發(fā)現(xiàn)，軸承外環(huán)內(nèi)滾道承載區(qū)域存在明顯剝離或多處壓痕，軸承內(nèi)環(huán)、滾子及保持架無異常。

圖1 HXD1C型0871號機(jī)車4軸5位軸承剝離

圖2 HXD1C型0876號機(jī)車5軸5位軸承壓痕

2 HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承振動(dòng)報(bào)警故障原因分析

對5臺牽引電機(jī)非齒端軸承發(fā)生振動(dòng)報(bào)警機(jī)車電機(jī)生產(chǎn)組裝工藝、運(yùn)行公里、軸承油脂分解檢查情況、軸承日常油潤保養(yǎng)及6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行分析，查找故障原因。

2.1 機(jī)車運(yùn)行公里情況

在合肥機(jī)務(wù)段配屬120臺HXD1C型機(jī)車中，2017年配屬到段機(jī)車30臺；2018年配屬到段機(jī)車5臺；2019年配屬到段40臺；2020年配屬到段45臺。其中35臺為C5修機(jī)車。機(jī)車走行公里及對應(yīng)振動(dòng)報(bào)警信息見表2。

表2 合肥機(jī)務(wù)段機(jī)車配屬信息

追蹤5臺發(fā)生振動(dòng)報(bào)警故障軸承牽引電機(jī)日常檢修情況，自裝車之日起牽引電機(jī)及非齒端軸承均無更換記錄。從上表可以看出，發(fā)生牽引電機(jī)振動(dòng)報(bào)警故障時(shí)機(jī)車平均運(yùn)行公里數(shù)為58.8萬公里。

2.2 電機(jī)組裝及軸承批次調(diào)查

2017年7月15日至2017年9月15日2個(gè)月之間，同批次軸承的裝配及使用情況，見表3所示。

表3 同批次軸承同期裝車及使用情況

從表3可知，出現(xiàn)振動(dòng)報(bào)警故障軸承的電機(jī)在2017年8月組裝，調(diào)查當(dāng)月工藝執(zhí)行及作業(yè)環(huán)境無變更或異常，非齒端為SKF進(jìn)口軸承。從同期組裝電機(jī)的同批次軸承使用情況來看，配屬蘭新線某段與南昌局某段的174套軸承運(yùn)用狀態(tài)良好，其中蘭新線的60套軸承平均運(yùn)行公里數(shù)已達(dá)69萬公里，可見電機(jī)組裝與軸承批次不是報(bào)警軸承故障的主要原因。

2.3 潤滑脂情況分析

（1）對5臺發(fā)生振動(dòng)報(bào)警故障軸承分解時(shí)發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)部及儲脂室潤滑脂均出現(xiàn)發(fā)黑、發(fā)干、發(fā)硬；軸承上殘脂少，軸承室外側(cè)排脂較少。將其中HXD1C型0871號機(jī)車4軸5位軸承潤滑脂狀態(tài)與蘭新線某段相近運(yùn)用里程的軸承潤滑脂外觀狀態(tài)相比較，兩個(gè)軸承外觀、儲脂室、排脂情況等狀態(tài)存在顯著差異，見表4。

表4 軸承潤滑脂狀態(tài)表

7957電機(jī)與蘭新線6602電機(jī)的軸承潤滑脂總量相差較大，軸承內(nèi)、內(nèi)軸承蓋儲脂室、端蓋儲脂室、軸承排脂量及總量比較見表5。

表5 潤滑脂質(zhì)量分布表

2006年以來，HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承潤滑補(bǔ)脂周期及補(bǔ)脂量經(jīng)過3次優(yōu)化，最新標(biāo)準(zhǔn)自2015年5月開始實(shí)施，每3個(gè)月或5~6萬公里（以先到為準(zhǔn)）補(bǔ)脂100 g。

而檢修整備現(xiàn)場實(shí)際情況為，2019年鐵總?cè)鎸?shí)施機(jī)車檢修修程修制改革，合肥機(jī)務(wù)段HXD1C型機(jī)車修程公里由7.5萬公里延長到8.5萬公里，軸承補(bǔ)脂維護(hù)要求與機(jī)車檢修修程修程同步，即每運(yùn)行8.5萬公里補(bǔ)脂100 g。

（2）對潤滑脂檢測，軸承內(nèi)潤滑脂進(jìn)行理化檢測，結(jié)果見表6。

表6 7957電機(jī)軸承潤滑脂檢測結(jié)果

從上表可以看出，軸承內(nèi)部潤滑脂指標(biāo)超差，稠度降低（變硬，流動(dòng)性差），分油率低（分油少潤滑差），軸承磨損元素含量偏大。

2.4 6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)分析

綜合6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，上述5臺機(jī)車均為牽引電機(jī)非齒端軸承預(yù)警及一級振動(dòng)報(bào)警故障，時(shí)域波形圖、頻譜圖都存在明顯外環(huán)故障譜。以HXD1C型0871號機(jī)車為例，該機(jī)車2020年12月5日4軸5位軸承時(shí)域波形圖、頻譜圖出現(xiàn)外環(huán)故障譜，但故障不連續(xù)。2021年2月7日開始出現(xiàn)連續(xù)預(yù)警故障，2021年2月24日故障升級為一級報(bào)警。分析數(shù)據(jù)情況如下：

（1）SV值沖擊趨勢存在明顯突變。分析2020.12.1日至2021.2.24日期間數(shù)據(jù)，SV趨勢共發(fā)生2次突變，第一次突變點(diǎn)發(fā)生在2021年2月5日5:16，SV值由361突升為2858；第二次突變點(diǎn)發(fā)生在2021年2月24日13:04，SV值由887突升為9160。第二次突變后沖擊趨勢明顯加強(qiáng)，出現(xiàn)軸承預(yù)警、一級報(bào)警故障信號，見圖3。

圖3 HXD1C型0871號機(jī)車4軸5位沖擊趨勢分析

（2）樣本數(shù)據(jù)外環(huán)故障明顯，時(shí)域波形圖呈明顯梳狀，時(shí)域波形圖、頻譜圖外環(huán)故障明顯，見圖4。

圖 4HXD1C型0871號機(jī)車單樣本分析

（3）軸溫?zé)o明顯上升趨勢。后臺架溫度實(shí)時(shí)分析趨勢同位比較4軸5位軸溫?zé)o明顯偏高，溫度趨勢基本一致。

2.5 分析結(jié)論

綜合上述分析，基本可以排除電機(jī)組裝工藝和同批次軸承質(zhì)量以及油脂質(zhì)量問題。通過6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及軸承外環(huán)內(nèi)滾道剝離情況來看，剝離或多處壓痕發(fā)生在軸承外環(huán)內(nèi)滾道承載區(qū)，域波形圖、頻譜圖從不連續(xù)外環(huán)故障譜，逐步發(fā)展到預(yù)警、一級報(bào)警，故障逐步發(fā)展，不斷擴(kuò)大。

因此，牽引電機(jī)非齒端軸承振動(dòng)報(bào)警，外環(huán)內(nèi)滾道剝離的主要原因應(yīng)為機(jī)車檢修修程修制改革后，HXD1C型機(jī)車修程公里有所延長，但同時(shí)牽引電機(jī)非齒端軸承補(bǔ)脂維護(hù)要求未能同步，牽引電機(jī)運(yùn)用過程中因軸承潤滑不足，無法滿足實(shí)際運(yùn)行工況下軸承潤滑需求，造成軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的潤滑油膜破壞。牽引電機(jī)非齒端軸承在長期大載荷運(yùn)用工況下，其外環(huán)內(nèi)滾道面次表層產(chǎn)生微裂紋，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)生次表面的疲勞剝離。

3 HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承振動(dòng)報(bào)警故障預(yù)防及處理

3.1 集中補(bǔ)脂，改善軸承潤滑條件，遏制軸承故障發(fā)展趨勢

2021年4月開始，合肥機(jī)務(wù)段對配屬120臺機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承集中補(bǔ)脂2次，每次100 g，更新軸承內(nèi)潤滑脂。第一次補(bǔ)脂100 g，運(yùn)行1個(gè)月后，再次進(jìn)行集中補(bǔ)脂100 g。

3.2 優(yōu)化補(bǔ)脂方案，確保脂量充足，延長軸承運(yùn)用壽命

本次集中補(bǔ)脂后，計(jì)劃從2022年1月開始，改變補(bǔ)脂周期，由修程補(bǔ)脂改為定期補(bǔ)脂。按照HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)軸承補(bǔ)脂維護(hù)規(guī)范執(zhí)行，每8.5萬公里補(bǔ)充潤滑脂100 g，確保脂量充足。

3.3 做好數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理故障軸承

做好6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)HXD1C型機(jī)車牽引電機(jī)非齒端軸承一級報(bào)警故障及以上，及時(shí)扣車落修電機(jī)，消除故障隱患。

4 結(jié)束語

從2019年3月，鐵總開始組織實(shí)施機(jī)車修程修制改革，適度延長機(jī)車運(yùn)用走行公里，節(jié)約檢修維護(hù)成本。實(shí)施兩年以來，機(jī)車檢修整備工作取得了較好的成效，節(jié)省了大量的檢修成本，優(yōu)化了生產(chǎn)組織。但同時(shí)在實(shí)踐中，機(jī)車檢修整備作業(yè)過程中存在檢修工藝、范圍與修程修制改革不相適應(yīng)，需不斷探索，逐步優(yōu)化。因此，專業(yè)技術(shù)人員要立足現(xiàn)場，善于運(yùn)用6A系統(tǒng)機(jī)車走行部車載監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)分析等方法和手段，對檢修整備現(xiàn)場存在的問題不斷分析總結(jié)，查找真正故障原因，及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修工藝、范圍及生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)存在的問題，消除變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提升檢修整備作業(yè)整體水平。