SS4型電力機車軸箱軸承電蝕淺析及對策

聶鳳池

【摘 要】論文針對SS4型電力機車軸箱軸承故障，通過分析SS4型電力機車的軸箱接地保護裝置的特點，對軸箱軸承發生電蝕的原因進行了分析，提出了防止電蝕發生的針對性措施。

【Abstract】 According to the axle box bearing fault of SS4 electric locomotive， paper analyzes the characteristics of grounding protection device of SS4 electric locomotive axle， and the causes of electrical erosion of axle box bearings， then puts forward the measures to prevent the occurrence of electric erosion.

【關鍵詞】軸承；電蝕；分析；對策

【Keywords】axle； electric erosion； analysis； countermeasures

【中圖分類號】U269.6 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0173-02

1 軸承故障統計

2016年10月至2017年10月，太原機務段SS4型電力機車共發生機車軸箱軸承故障4起，見表1。

故障軸承解體后檢查發現， 4起軸承故障中，疲勞剝離2件，另外2件呈現電蝕現象，占全部軸承故障的50%。

2 電蝕原因分析

2.1 SS4型電力機車受流的路徑

SS4型電力機車通過機車受電弓從變電所引出的接觸網上獲得電流，通過主斷路器引入機車主變壓器原邊，原邊的接地點在車體上。然后通過安裝在輪軸上的接地裝置，使電流通過車軸、輪對，引入鋼軌回流到變電所。具體的路徑是：接觸網→機車受電弓→主斷路器→機車主變壓器原邊→車體固定接地點→軟編織線→軸箱接地裝置→車軸→輪軌接觸點→鋼軌回到接觸網工區。由此看出車軸是接地電流的必經部件，而軸箱軸承套裝在車軸軸頸上。如何最大限度杜絕流經軸箱軸承的電流，從而防止軸承電蝕對保證機車輪對質量的安全可靠具有重要意義。

2.2 電蝕的基本原理

第一，電蝕是軸承失效故障的常見形態之一，其形成的原因主要有兩個。一是當電流通過軸承時，由于滾柱與軸承內套之間的相對運動，造成導電體（外圈、內圈、滾柱）接觸不穩定，會在滾柱與內外圈間發生電閃絡。該現象與機車入檢修庫，使用牽車幫牽車時，輪軌間放電，產生火花的現象類似。二是軸承滾柱與內外圈間有一層潤滑油膜，當電流通過時，電流擊穿油膜產生電閃絡。兩種因素的電閃絡都會產生高熱，在電弧和高熱的作用下，內外圈和滾柱接觸面產生熔鎦、疤結或弧坑。第二，軸承電蝕的形態特征，軸承電蝕后，一般會在軸承滾柱和內外圈滾道上產生不規則的熔鎦、疤結或弧坑，嚴重時會造成剝離。第三，軸箱軸承電蝕的危害。軸箱軸承電蝕程度取決于通過軸承電流的大小、時間長短，電流越大，作用時間越長，電蝕越嚴重。如果機車安裝了走行部監控裝置，當電蝕發生時，系統會發出1級報警。如果不采取措施，隨著機車的運行，電蝕產生的損傷會迅速擴大，導致2級報警。此時，軸箱內軸承溫度急劇上升，潤滑脂會汽化和碳化，變黑，變硬，最終導致軸承散架，固死。極端嚴重時，造成切軸事故。

3 SS4型電力機車軸箱的結構特點及軸承電蝕原因分析

3.1 SS4型電力機車軸箱結構及作用

SS4型電力機車軸箱裝設在車軸兩端的軸頸上，用于安裝軸承，對車軸進行定位。軸箱將車體、轉向架和牽引電機的部分重量經輪對傳遞給鋼軌，并將來自輪對的牽引力或制動力經軸箱拉桿傳給轉向架。此外，軸箱還傳遞輪對與轉向架間的橫向作用力和縱向作用力。

SS4型電力機車軸箱由軸箱體、前后端蓋、圓柱滾子、密封環、軸承接地裝置等組成。軸箱內部并列安裝2盤圓柱滾子軸承。軸承外圈與軸箱內孔是過渡配合，軸承內圈與軸頸是過盈配合。

3.2 SS4型電力機車的軸箱接地裝置

為防止機車軸箱軸承電蝕，SS4型電力機車設有軸箱接地裝置。以使接地電流通過接地裝置、車軸、輪軌接觸點回流，避免了接地電流通過軸承。

接地裝置：SS4型電力機車每臺轉向架的一、三車軸的右端，二、四車軸的左端軸箱內安裝有接地裝置，接地裝置主要由下列部件組成：接地線、接地電刷、電刷彈簧等。

3.3 SS4型電力機車軸箱軸承電蝕原因分析

根據觀察，機車在檢修和運用時，時常存在下列情況，接地裝置失效，不能發揮作用，使得電流通過軸箱軸承，造成軸承電蝕。

第一，軸箱接地線維護不當，銅質的軟編織接地線彎曲下垂，搭在軸箱體上，分流了接地裝置的接地電流，這種現象非常普遍。正常情況下，流過軸箱接地裝置的接地電流的路徑是：車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱接地裝置接地線固定點→接地刷辯→接地電刷→車軸端面→車輪→輪軌接觸點。當銅質的軟編織接地線彎曲下垂，搭在軸箱體上后，接地電流被分流，軸承有電流流過。接地電流的路徑是：車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱體與軟編織線接觸點車體固定接地點→接地軟編織線→軸箱體車體固定接地點→接地軟編織線→軸承外圈→滾柱→軸承內圈→車軸→車輪→輪軌接觸點。第二， 軸箱接地裝置不良，不能發揮接地作用。SS4型電力機車由2臺完全相同的車節組成，每節車有一臺獨立的主變壓器和2個轉向架。每節車的車體上有4個固定接地點。分別連接對應轉向架車軸上的接地裝置。即機車從接觸網獲得的電能是通過安裝在每根車軸上的接地裝置回流到接觸網工區的。如果機車某節車的接地裝置不良，則接地電流將通過車體支撐裝置（摩擦減震器、垂向油壓減震器）→轉向架側梁→軸箱拉桿→軸箱體→軸承外圈→滾柱→軸承內圈→車軸→車輪→輪軌接觸點。全部經過軸承，造成軸承電蝕。第三，電焊使用不當造成電蝕。機車回庫檢修作業，轉向架部件焊修時，如焊修軸箱吊桿，甚至違規用電焊切割軸箱大蓋螺絲，不按照焊修工藝要求連接回流線，而是將回流線手把搭在鋼軌上或夾在轉向架上，使得電焊機的電流經過軸箱軸承，造成電蝕。此種情況的電蝕電流的路徑是：電焊機焊把→焊件→軸箱拉桿→軸箱體→軸承外圈→滾柱→軸承內圈→車軸→車輪→輪軌接觸點→電焊機回流線。第四， 感應電流造成電蝕。電力機車上的主型電器均是儲能部件，如：主變壓器、牽引電動機等，尤其是主變壓器及各種電源的副端即接地點都接在車體上，這些因素勢必造成感應電流。這些感應電流最終都要通過輪軸傳到鋼軌上。如果軸箱接地裝置故障或作用不良，就會使感應電流流經軸承，造成電蝕。

4 防止軸承電蝕采取的措施

鑒于目前電力機車的供電方式以及電力機車本身的帶電特性，若要徹底消除軸箱軸承電蝕是不現實的。但是我們可以采取措施，最大程度地阻止、化解或減小通過軸承的電流，以消滅或減輕軸承電蝕。根據以上分析，建議采取以下措施：

第一，加強軸箱接地裝置的檢查維護，確保各部件正常。機車進入修程時，檢查軸箱小蓋與軸箱體間絕緣墊是否完整良好。按照檢修范圍要求打開軸箱小蓋檢查接地裝置無異常，接地電刷移動自如順暢無卡滯，刷辯無過熱短股，無擠壓，刷辯鼻子緊固螺絲緊固無松動，電刷壓力彈簧壓力在規定范圍內。尤其是檢查確認接地電刷與軸端面可靠接觸。第二，加強軸箱接地線的維護，防止接地線與軸箱體接觸。為杜絕接地線與軸箱體接觸產生的分流電流，建議對接地線加裝套管或將接在軸箱小蓋上的接地線與接在車體接地點上的接地線用所帶捆扎，從而杜絕接地線的分流電流造成的電蝕。機車日常回庫整備作業時，檢查接地線安裝良好無過熱，接地線與軸箱體保持一定的距離，確保機車運行中通過曲線、道岔群時接地線不與軸箱體接磨。軸箱小蓋接地線的接線柱的絕緣必須完整，確保接地線的線鼻子與軸箱小蓋有足夠的絕緣距離。第三，加強電焊作業的管理。已經組裝軸承的軸箱體上嚴禁電焊作業。機車檢修焊修作業時，必須按照要求正確使用回流線，不得使電焊機電流經過軸箱軸承。

5 結語

機車軸箱軸承是機車走行部最重要的部件之一，是使機車輪對正常滾動，從而實現牽引列車運行的重要部件。其運行工作質量狀態不僅決定了機車運行的速度、品質，更是確保列車運行安全的關鍵部件。因此時刻掌握軸箱軸承的質量狀態，及時發現、解決軸箱軸承的異常狀態，是機車定期檢修、日常整備保養的重要內容之一。

【參考文獻】

【1】張有松，朱龍駒. 韶山4型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2006.