HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)軸承溫升報(bào)警分析及預(yù)防措施

溫世湖 上海鐵路局機(jī)務(wù)處

HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)軸承溫升報(bào)警分析及預(yù)防措施

溫世湖 上海鐵路局機(jī)務(wù)處

針對(duì)HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警情況，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)、分解檢查、檢修作業(yè)、診斷方式及報(bào)警限值等方面入手進(jìn)行深入分析，并結(jié)合現(xiàn)行檢修經(jīng)驗(yàn)及管理要求提出相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)日常檢修維護(hù)工作有一定的借鑒作用。

驅(qū)動(dòng)裝置；軸承；溫升報(bào)警；報(bào)警限值

為提高機(jī)車防范安全事故的能力，我局組織對(duì)HXD2B型機(jī)車加裝了6A系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)、防火監(jiān)控、高壓絕緣檢測(cè)、走行部故障監(jiān)測(cè)、自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄功能，對(duì)機(jī)車運(yùn)行過程中危及行車安全的重要事項(xiàng)、重點(diǎn)部件和部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。2014年11月中旬以來，HXD2B型機(jī)車相繼發(fā)生7臺(tái)牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警，對(duì)機(jī)車檢修及運(yùn)用帶來不良影響。

1 HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置及故障診斷介紹

1.1 HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)單元是機(jī)車走行部最關(guān)鍵的部件之一，它是實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩傳遞輪對(duì)的裝置。HXD2B型機(jī)車有6組相同的驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)轉(zhuǎn)向架由三組相同的驅(qū)動(dòng)單元組成（如圖1）。每套驅(qū)動(dòng)單元采用一級(jí)圓柱直齒齒輪傳動(dòng)，把牽引電機(jī)輸出的扭矩通過主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪傳遞給輪對(duì)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)產(chǎn)生牽引力；相反，也可以把輪對(duì)的動(dòng)能由從動(dòng)齒輪傳遞給主動(dòng)齒輪，使?fàn)恳姍C(jī)產(chǎn)生電制動(dòng)扭矩，實(shí)現(xiàn)電制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元采用全封閉式傳動(dòng)齒輪箱，它與抱軸承箱、牽引電機(jī)通過螺栓聯(lián)結(jié)。齒輪采用飛濺潤(rùn)滑，齒輪、抱軸承箱齒側(cè)軸承和電機(jī)齒側(cè)軸承共用齒輪箱油潤(rùn)滑。

1.2 走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置

HXD2B型機(jī)車6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車走行部軸箱軸承、牽引電機(jī)軸承、抱軸軸承、傳動(dòng)齒輪及輪對(duì)踏面的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)。該子系統(tǒng)在每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元上設(shè)置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝1個(gè)同時(shí)檢測(cè)溫度、振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器。測(cè)點(diǎn)位置如圖2，傳感器定義為從齒輪箱所在端開始，依次為：1位-齒端軸箱軸承座；2位-齒端電機(jī)軸承座；3位-齒端抱軸軸承座；4位-非齒端抱軸軸承座；5位-非齒端電機(jī)軸承座；6位-非齒端軸箱軸承座。

圖1 HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置說明：1-齒輪箱；2-主動(dòng)齒輪；3-從動(dòng)齒輪；4-交流牽引電機(jī)；5-抱軸承箱組裝；6-電機(jī)懸掛和防落系統(tǒng)

圖2 HXD2B型機(jī)車6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置

2 溫升報(bào)警情況

2014年11月中旬以來，HXD2B型機(jī)車相繼發(fā)生7臺(tái)牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警，統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警統(tǒng)計(jì)表

發(fā)生溫升報(bào)警時(shí)，機(jī)車速度均在（116～118）km/h之間，6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析顯示，HXD2B-0075機(jī)車第4位最高溫度為

73℃，溫升58 K,其余機(jī)車最高溫度65℃，最大溫升56 K，報(bào)警位軸承均無特征明顯的故障沖擊信息。發(fā)生溫升報(bào)警的牽引電機(jī)經(jīng)二年檢檢修后裝車，二年檢后平均走行24 834 km，其中最大的為HXD2B-0030機(jī)車57 664 km、最小的為HXD2B-0088機(jī)車1 468 km，總運(yùn)行公里均為約（60×104）km。

3 分解檢查情況

對(duì)HXD2B-0075、0088、0110、0030四臺(tái)機(jī)車的溫升報(bào)警牽引電機(jī)進(jìn)行了分解檢查，分解檢查情況為：

（1）主動(dòng)及從動(dòng)齒輪狀態(tài)正常，接觸面無明顯的拉傷、變色。HXD2B-0075、0088、0030三臺(tái)機(jī)車齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油較臟，金屬磨屑較多，HXD2B-0075機(jī)車齒輪箱的底部及磁堵上有鐵屑及棉狀物。

（2）傳動(dòng)端軸承組裝游隙，組裝后軸向游隙、組裝后對(duì)地絕緣、入廠例行試驗(yàn)均符合要求。

（3）HXD2B-0075機(jī)車拆解的軸承滾柱表面有3處月牙型手感壓痕及6處輕微手感劃痕，軸承內(nèi)圈有一處約0.8cm長(zhǎng)輕微手感劃痕。其余3臺(tái)機(jī)車拆解的軸承部分滾柱有輕微劃痕，軸承內(nèi)圈狀態(tài)良好無發(fā)熱變色現(xiàn)象。

（4）對(duì)HXD2B-0088機(jī)車第5位齒輪箱油進(jìn)行取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果顯示金屬顆粒磨屑嚴(yán)重超標(biāo)。

4 原因分析

4.1 造成溫升報(bào)警的因素

根據(jù)發(fā)生溫升報(bào)警的6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場(chǎng)分解檢查情況及HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，造成溫升報(bào)警的因素可能有以下幾個(gè)方面：

4.1.1 軸承本身質(zhì)量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在二年檢牽引電機(jī)檢修過程中牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承的報(bào)廢率約30%，報(bào)廢的主要原因是軸承滾子、滾道拉傷及劃痕。目前牽引電機(jī)軸承的主要檢修方式是清洗、目測(cè)，但是對(duì)軸承滾子、滾道劃痕的數(shù)量、深度沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，只是憑工作者手感及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，這勢(shì)必會(huì)影響到軸承的檢修質(zhì)量。

4.1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)品質(zhì)

傳動(dòng)端軸承潤(rùn)滑是通過齒輪箱油在齒輪旋轉(zhuǎn)、嚙合的過程中，齒輪油通過油孔循環(huán)潤(rùn)滑來冷卻軸承。通過對(duì)發(fā)生溫升報(bào)警的3臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置分解發(fā)現(xiàn)齒輪箱潤(rùn)滑油較臟，齒輪箱底部沉淀有黑色粉末狀物質(zhì)，齒輪箱放油堵磁性螺堵吸附金屬磨屑。對(duì)HXD2B-0088第五位齒輪箱潤(rùn)滑油脂進(jìn)行化驗(yàn)表明潤(rùn)滑油金屬顆粒磨屑嚴(yán)重超標(biāo)，金屬磨屑是在主、從齒輪嚙合過程中齒輪互相間的研磨產(chǎn)生的。在循環(huán)潤(rùn)滑過程中金屬磨屑會(huì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，導(dǎo)致軸承滾子、滾道損傷。如果在進(jìn)油口匯聚較多的金屬磨屑會(huì)導(dǎo)致進(jìn)油不暢軸承不能及時(shí)冷卻。

4.1.3 電機(jī)組裝質(zhì)量

電機(jī)組裝時(shí)的軸承自由間隙、軸承組裝后的游隙，內(nèi)套、主動(dòng)齒輪安裝時(shí)的平行度，軸承套與軸承安裝的過盈量，電機(jī)組裝時(shí)端蓋組裝間隙，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡等均會(huì)影響電機(jī)的振動(dòng)量，振動(dòng)大會(huì)影響溫升。

4.1.4 機(jī)車及牽引電機(jī)運(yùn)行工況

發(fā)生溫升報(bào)警的7臺(tái)機(jī)車運(yùn)行速度在（116～118）km/h之間，持續(xù)高速運(yùn)行條件下，牽引電機(jī)軸承的溫度上升過快導(dǎo)致部分電機(jī)軸承溫升達(dá)到報(bào)警限值。牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承工作環(huán)境惡劣，負(fù)載大，主、從動(dòng)齒輪的嚙合及電機(jī)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生很大的熱量，相比牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承易發(fā)生溫升報(bào)警的現(xiàn)象。

4.1.5 牽引電機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)方式及報(bào)警限值

查閱《大功率交流傳動(dòng)六軸（9600 kW）貨運(yùn)電力機(jī)車采購(gòu)合同》技術(shù)規(guī)范及《HXD2B型電力機(jī)車總體技術(shù)規(guī)范》（TJ/ JW 009-2014）相關(guān)規(guī)定，HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升限值是80 K，而HXD2B型6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的溫升報(bào)警限值是55 K，兩者相比較，報(bào)警條件較為苛刻。此外，機(jī)車運(yùn)行時(shí)前后轉(zhuǎn)向架環(huán)溫的差別，各牽引電機(jī)軸承檢測(cè)點(diǎn)是否“背風(fēng)”，對(duì)溫升的大小也有一定的影響。

4.2 初步原因

通過現(xiàn)場(chǎng)分解檢查、走行部車載監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)等情況的綜合分析，初步認(rèn)為造成軸承溫升報(bào)警的主要因素是軸承本身質(zhì)量狀態(tài)、油潤(rùn)系統(tǒng)品質(zhì)、牽引電機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)方式及報(bào)警限值。主要內(nèi)因是輪對(duì)、電機(jī)經(jīng)過二年檢重新組裝后，絕大部分主、從動(dòng)齒輪非配對(duì)組裝，主、從動(dòng)齒輪副開始新的嚙合磨合過程，初期嚙合階段產(chǎn)生大量的金屬磨屑，由于HXD2B型機(jī)車主、從動(dòng)齒輪、牽引電機(jī)軸承共用齒輪箱油潤(rùn)滑，金屬磨屑會(huì)隨著油進(jìn)入軸承，導(dǎo)致軸承滾柱、內(nèi)套損傷，在較高速度持續(xù)運(yùn)行條件下，運(yùn)行品質(zhì)較差的軸承溫度升高就相對(duì)較快，進(jìn)而發(fā)生溫升報(bào)警；主要外因是HXD2B型機(jī)牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承55 K的溫升報(bào)警限值與采用油潤(rùn)滑方式的牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承80 K的溫升限值相比較，診斷報(bào)警條件較為苛刻。

5 預(yù)防措施

5.1 完善檢修標(biāo)準(zhǔn)、確保軸承源頭檢修質(zhì)量

二年檢檢修單位應(yīng)聯(lián)合牽引電機(jī)設(shè)計(jì)制造單位細(xì)化牽引電機(jī)軸承內(nèi)外圈滾道、滾子目視檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)磨傷、劃痕等缺陷制定更加嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)，存在缺陷部件報(bào)廢時(shí)，須成套更新軸承。另外要參照《軸承檢修技術(shù)規(guī)范》要求，共同摸索開展和諧型機(jī)車牽引電機(jī)軸承動(dòng)態(tài)檢測(cè)工作，確保源頭檢修質(zhì)量可靠。

5.2 提高管理要求，確保驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

（1）驅(qū)動(dòng)裝置檢修時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪配對(duì)使用的原則，即輪對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置分解檢修后，輪對(duì)與主動(dòng)齒輪原拆原裝。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置檢修時(shí)，須保證齒輪箱、主、從動(dòng)齒輪、軸承、齒輪箱油的清潔度，確保檢修質(zhì)量，組裝時(shí)嚴(yán)格按工藝要求檢測(cè)配件，確保組裝尺寸在規(guī)定范圍內(nèi)。

（3）牽引電機(jī)組裝、齒輪箱組裝時(shí)，嚴(yán)格控制各種密封膠、密封劑使用，按照工藝要求進(jìn)行適量涂抹，防止過多的密封膠等物質(zhì)溢入齒輪箱油，污染潤(rùn)滑系統(tǒng)。

5.3 精心維護(hù)保養(yǎng)，確保齒輪潤(rùn)滑系統(tǒng)品質(zhì)

《HXD2B型驅(qū)動(dòng)裝置檢修保養(yǎng)手冊(cè)》提出新機(jī)車或新輪對(duì)首次跑合（2.5×104）km時(shí)換齒輪油，清除磨合期產(chǎn)生的微小磨損微粒和殘留物，每運(yùn)行（10×104）km時(shí)從齒輪箱取油樣進(jìn)行化驗(yàn)，通過分析油品質(zhì)量，來判斷驅(qū)動(dòng)裝置潤(rùn)滑情況，每運(yùn)行（20×104）km時(shí)更換齒輪油。可見齒輪箱潤(rùn)滑油的維護(hù)要求很嚴(yán)格，為確保二年檢后齒輪箱潤(rùn)滑油的品質(zhì)，盡量要做到：

5.3.1 適當(dāng)提前首次換油周期

和諧型機(jī)車二年檢或臨時(shí)更換驅(qū)動(dòng)裝置后的的初次換油周期可考慮選擇在機(jī)車運(yùn)行（5 000～15 000）km之間。

5.3.2 日常密切關(guān)注油質(zhì)

日常要通過油位觀察窗，在檢查油位的同時(shí)注重對(duì)齒輪箱油質(zhì)的檢查，油質(zhì)應(yīng)無明顯的渾濁狀態(tài)。

5.3.3 科學(xué)進(jìn)行取樣化驗(yàn)

和諧型機(jī)車齒輪箱油化驗(yàn)取樣時(shí)，應(yīng)從放油堵處抽取。抽取油樣時(shí)機(jī)為機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)回庫后30 min～1 h內(nèi)抽取。抽取油樣時(shí)要將放油堵周圍擦拭干凈，觀察磁性螺堵吸附的金屬屑狀態(tài)，安裝時(shí)要清潔磁性螺堵，按規(guī)定力矩進(jìn)行緊固。積累化驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析驅(qū)動(dòng)單元磨損趨勢(shì)。

5.3.4 做好換輪后重新?lián)Q油工作

日常更換驅(qū)動(dòng)裝置后，要重新開始計(jì)算該驅(qū)動(dòng)裝置的換油周期。

5.3.5 做好齒輪箱油質(zhì)量控制

嚴(yán)格按照《HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)》提供的潤(rùn)滑油牌號(hào)進(jìn)行采購(gòu)，同時(shí)按規(guī)定進(jìn)行儲(chǔ)存，開封的齒輪箱油要做好密封防護(hù)措施，防止失效、雜質(zhì)混入。

5.4 開展和諧機(jī)車部件磨損規(guī)律及壽命管理研究

二年檢承修單位應(yīng)做好牽引電機(jī)檢修時(shí)主動(dòng)齒輪、軸承部件更新數(shù)據(jù)的積累，詳細(xì)記錄部件編號(hào)、、累計(jì)走行公里、報(bào)廢原因，對(duì)典型的故障應(yīng)留存照片記錄或?qū)嵨锇咐骱椭C機(jī)車部件磨損規(guī)律，開展壽命管理研究。

5.5 進(jìn)一步研究牽引電機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)方式及報(bào)警限值

5.5.1 調(diào)整軸承溫度報(bào)警限值

牽引電機(jī)軸承溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警分為溫升報(bào)警及絕對(duì)溫度報(bào)警兩種方式。中國(guó)鐵路總公司發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件【TJ/ JW 001F-2014】《6A系統(tǒng)機(jī)車走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)一技術(shù)條件》中5.3.1.4診斷報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“溫度報(bào)警參照TB/T 3057-2002中的規(guī)定執(zhí)行，其中交流傳動(dòng)機(jī)車異步牽引電機(jī)軸承溫度報(bào)警限值應(yīng)符合TB/T 3315-2013中的5.4.5的要求：脂潤(rùn)滑方式溫升≤55 K，油潤(rùn)滑方式溫升≤80 K，軸承允許最高溫度≥120℃”。針對(duì)目前HXD2B型機(jī)車牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警多發(fā)的情況，機(jī)車制造廠、牽引電機(jī)制造單位及6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)共同對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置特點(diǎn)及運(yùn)輸牽引要求，在目前溫升報(bào)警限值≤55 K的基礎(chǔ)上，考慮適當(dāng)調(diào)整報(bào)警限值。

5.5.2 深入研究監(jiān)測(cè)方式

走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)在機(jī)車前后轉(zhuǎn)向架各設(shè)置一個(gè)環(huán)溫傳感器，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度與環(huán)溫傳感器溫度進(jìn)行比較得出各測(cè)點(diǎn)的溫升值，這個(gè)值達(dá)到或超過溫升報(bào)警限值時(shí)6A系統(tǒng)即發(fā)出溫升報(bào)警提示。6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析顯示HXD2B型機(jī)車前后轉(zhuǎn)向架環(huán)溫值差距較大，環(huán)溫較小的轉(zhuǎn)向架所承載的牽引電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升就相對(duì)較高，易先發(fā)生溫升報(bào)警。機(jī)車運(yùn)用檢修單位及走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)供應(yīng)商要組織力量深入研究溫度監(jiān)測(cè)方式，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確性。

6 結(jié)束語

隨著和諧機(jī)車大量投入運(yùn)用，陸續(xù)已產(chǎn)生不同等級(jí)的檢修，為確保機(jī)車質(zhì)量及運(yùn)用安全，和諧機(jī)車已全面開展加裝6A系統(tǒng)工作，同時(shí)各級(jí)檢修部門積極開展部件質(zhì)量規(guī)律摸索研究工作。在此過程中會(huì)遇到各種各樣的質(zhì)量問題，這就需要各級(jí)技術(shù)人員要不斷積累數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為用好、修好和諧機(jī)車奠定堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

[1]鐵總運(yùn)〔2014〕208號(hào)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于印發(fā)<中國(guó)機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）總體暫行技術(shù)規(guī)范>等12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件的通知》[S].

[2]【TJ/JW 009-2014】《HXD2B型電力機(jī)車總體技術(shù)規(guī)范》[S].

[3]HXD2B型機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)[Z]，中國(guó)北車集團(tuán)大同電力機(jī)車有限責(zé)任公司，2012年.

責(zé)任編輯：王華 宋立成

來稿日期：2015-02-09