HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承故障分析及措施

吳 勇，安中正，王 帥，張 林，朱文勝

（1 太原鐵路局 湖東電力機(jī)務(wù)段，山西大同037001；2 太原鐵路局 安全監(jiān)督管理辦公室 駐湖東電力機(jī)務(wù)段驗(yàn)收室，山西大同037001）

目前，湖東電力機(jī)務(wù)段配屬的180臺(tái)HXD2型電力機(jī)車投入使用2年多來(lái)，一直處于滿負(fù)荷運(yùn)用狀態(tài)，機(jī)車走行部質(zhì)量受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，其中裝車使用的牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象，給行車安全造成了隱患。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

2009－11－20，HXD2 0058機(jī)車牽引萬(wàn)噸列車，列車運(yùn)行到大秦線延慶站司機(jī)開窗聞到機(jī)車有異味，后部瞭望發(fā)現(xiàn)機(jī)車走行部冒煙，立即停車上報(bào)機(jī)務(wù)段有關(guān)部門。機(jī)務(wù)段技術(shù)科專業(yè)技術(shù)人員、檢修車間到現(xiàn)場(chǎng)救援，發(fā)現(xiàn)A節(jié)1位軸左側(cè)齒輪箱竄油，打開齒輪箱發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承保持架碎、軸承固死，解體故障牽引電機(jī)發(fā)現(xiàn)A節(jié)1位牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承固死、保持架破碎。機(jī)車救援回段后決定將A節(jié)2，3，4位牽引電機(jī)全部拆下進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)A節(jié)2位牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承滾珠剝離嚴(yán)重，A節(jié)3，4位牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承滾珠有點(diǎn)蝕現(xiàn)象。

2009－11－23—12－07，HXD2型機(jī)車連續(xù)發(fā)生4臺(tái)機(jī)車的10臺(tái)牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承磨損的事故。

發(fā)生上述故障后，湖東電力機(jī)務(wù)段對(duì)HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承間隙進(jìn)行了普查，測(cè)量結(jié)果見表1。

HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承原設(shè)計(jì)游隙為0.12～0.2mm，軸承報(bào)廢游隙為0.26mm。從表1對(duì)10臺(tái)機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承測(cè)量結(jié)果看，有78臺(tái)牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承間隙超限，軸承磨損嚴(yán)重。

表1 牽引電機(jī)軸承間隙測(cè)量記錄表

2 原因分析

2.1 拆解外觀檢查及分析

（1）故障軸承外觀檢查

對(duì)牽引電機(jī)故障軸承進(jìn)行拆解檢查，軸承滾柱表面磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)小坑，一些滾柱一半以上的表面出現(xiàn)損傷，軸承內(nèi)環(huán)上有磨損痕跡，見圖1。部分軸承已經(jīng)完全損壞。

（2）故障牽引電機(jī)處的傳動(dòng)齒輪檢查

故障牽引電機(jī)處的傳動(dòng)齒輪無(wú)損傷，但表面有黑色灰塵，見圖2。

（3）現(xiàn)場(chǎng)拆解分析

從故障軸承外觀看，軸承表面無(wú)沖擊痕跡，滾柱、軸承內(nèi)套上存在小坑狀損傷，軸承滾柱與內(nèi)套之間磨損嚴(yán)重。主動(dòng)齒輪表面覆蓋著一層黑色粉末，表明為軸承提供潤(rùn)滑的齒輪箱油受到了污染。

HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端采用NU2322圓柱滾子軸承，使用機(jī)車齒輪箱內(nèi)的齒輪油作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑。牽引電機(jī)的冷卻風(fēng)，從牽引電機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入后，一路通過(guò)定子通風(fēng)孔，轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔，定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行冷卻，另一路通過(guò)驅(qū)動(dòng)端端蓋上的3個(gè)通風(fēng)孔，進(jìn)入密封套，然后經(jīng)過(guò)密封套下部通風(fēng)口和回油孔進(jìn)入齒輪箱。大秦線是一條運(yùn)煤專線，周圍環(huán)境被煤灰污染嚴(yán)重，若進(jìn)入牽引電機(jī)的冷卻風(fēng)壓力較大，灰塵就會(huì)隨冷卻風(fēng)進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部，將齒輪油污染。受到污染的齒輪油進(jìn)入牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)部，會(huì)造成軸承異常磨損。

圖1 牽引電機(jī)故障軸承

圖2 故障牽引電機(jī)處的傳動(dòng)齒輪

2.2 齒輪箱油分析

HXD2型機(jī)車齒輪油采用BP Energear SHX－LS 75W－90齒輪潤(rùn)滑油，為了分析齒輪油污染狀況，提取了故障電機(jī)齒輪箱內(nèi)的齒輪油進(jìn)行了化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果如表2、表3：

從表2和表3的齒輪油化驗(yàn)結(jié)果分析：

（1）油品理化指標(biāo)基本正常；

（2）油中Fe含量嚴(yán)重偏高，表明鋼質(zhì)部件磨損量較大；油中Cu含量嚴(yán)重偏高，表明銅制軸承保持架部件存在較嚴(yán)重的異常磨損；Si含量嚴(yán)重偏高，通常來(lái)源于空氣中的粉塵污染。

表2 齒輪油理化指標(biāo)

表3 齒輪油雜質(zhì)含量 mg·kg－1

2.3 分析結(jié)論

從以上分析可以看出，造成牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承游隙超限的主要原因是齒輪油受到污染，從而引起軸承異常磨損，造成軸承燒損。齒輪油污染的原因有：

（1）齒輪油未及時(shí)更換，造成正常的磨損物不能從齒輪箱中排出，長(zhǎng)期存在油中，造成軸承潤(rùn)滑不良，引起滾柱損壞；

（2）機(jī)車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，牽引電機(jī)的冷卻風(fēng)將煤塵、灰塵等污物帶入齒輪箱；

（3）牽引電機(jī)與輪對(duì)組裝前，各零部件上及齒輪箱內(nèi)有異物，如鑄造殘余、灰塵、金屬碎屑等。

3 改進(jìn)措施

（1）對(duì)損壞的所有HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承進(jìn)行更換，并對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行改造。改造方案為：

①在牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上加裝徑向密封環(huán)，改進(jìn)牽引電機(jī)與齒輪箱之間的密封，使?fàn)恳姍C(jī)冷卻風(fēng)進(jìn)入齒輪箱的風(fēng)量減小。②改造牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端端蓋，減小密封套內(nèi)壓力，具體為在牽引電機(jī)與齒輪箱之間的密封套內(nèi)鉆3個(gè)孔，用鋼制導(dǎo)管使其與大氣相通。這樣從牽引電機(jī)吹來(lái)的高壓冷卻風(fēng)將能在該處降低壓力，從而減少進(jìn)入齒輪箱的冷卻風(fēng)量；另外這3個(gè)孔也可將部分電機(jī)冷卻風(fēng)帶入的顆粒物排出。

（2）加強(qiáng)傳動(dòng)齒輪及其箱體的清潔

在牽引電機(jī)更換驅(qū)動(dòng)端軸承時(shí)，清潔主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪和齒輪箱，使齒輪油保持清潔。

（3）組織專人對(duì)HXD2型機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承部位粘貼溫度試紙，隨時(shí)檢查此處軸承溫度，確保運(yùn)用機(jī)車的安全。

（4）定期對(duì)HXD2型機(jī)車齒輪箱內(nèi)的磁性排油螺栓進(jìn)行清潔。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于重載技術(shù)是一個(gè)新課題，各種環(huán)境比較復(fù)雜，本文就HXD2機(jī)車牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承出現(xiàn)的故障進(jìn)行了探討分析，指出了故障軸承過(guò)度磨損產(chǎn)生的原因，提出了改進(jìn)措施，相信在新產(chǎn)品的開發(fā)研制和既有產(chǎn)品的日常保養(yǎng)、檢修中會(huì)起到積極作用。

［1］劉友梅.韶山3型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1993.

［2］鄭樹選.8K型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.

［3］卜 炎.實(shí)用軸承技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］林吉忠.金屬的缺陷、載荷與疲勞［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1993.

［5］張曙光.HXD1型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［6］張曙光.HXD2型電力機(jī)車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.