HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承振動報警故障分析與處理

尹若義 中國鐵路上海局集團有限公司合肥機務段

合肥機務段共配屬120臺HXD1C型機車，主要擔當寧西線、京九線、二通道運行交路貨運（含行包快運及代客機）牽引任務。2020年11月-2021年3月期間，合肥機務段數據分析人員通過6A系統機車走行部車載監測子系統數據分析，發現連續發生5臺HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承外環振動報警故障。牽引電機落修后返中車株洲電機有限公司分解檢查，發現電機軸承外環內滾道存在明顯剝離故障。牽引電機頻繁的報警故障干擾了運輸生產，同時也造成潛在的行車安全風險。因此，如何通過6A系統機車走行部車載監測子系統數據分析、油脂化驗及其他有效檢查手段，查明故障原因，并采取切實措施消除行車安全質量隱患，已成為檢修整備現場工作的迫切需要。

1 概述

1.1 HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承報警故障統計

如表1所示，5臺發生軸承振動報警故障牽引電機均為2017年9月株洲機車公司新造機車裝車的牽引電機，為SKF軸承，其走行公里在51-62萬公里之間，機車號均為08××。目前合肥機務段配屬HXD1C型其他車號機車未發現此類振動報警故障。

表1 HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承振動報警故障統計表

1.2 HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承外環故障情況

圖1、圖2為HXD1C型0871號機車4軸5位(電機編號7957），HXD1C型0876號機車5軸5位（電機編號8018）2個非齒端軸承解體檢查發現，軸承外環內滾道承載區域存在明顯剝離或多處壓痕，軸承內環、滾子及保持架無異常。

圖1 HXD1C型0871號機車4軸5位軸承剝離

圖2 HXD1C型0876號機車5軸5位軸承壓痕

2 HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承振動報警故障原因分析

對5臺牽引電機非齒端軸承發生振動報警機車電機生產組裝工藝、運行公里、軸承油脂分解檢查情況、軸承日常油潤保養及6A系統機車走行部車載監測子系統數據等方面進行分析，查找故障原因。

2.1 機車運行公里情況

在合肥機務段配屬120臺HXD1C型機車中，2017年配屬到段機車30臺；2018年配屬到段機車5臺；2019年配屬到段40臺；2020年配屬到段45臺。其中35臺為C5修機車。機車走行公里及對應振動報警信息見表2。

表2 合肥機務段機車配屬信息

追蹤5臺發生振動報警故障軸承牽引電機日常檢修情況，自裝車之日起牽引電機及非齒端軸承均無更換記錄。從上表可以看出，發生牽引電機振動報警故障時機車平均運行公里數為58.8萬公里。

2.2 電機組裝及軸承批次調查

2017年7月15日至2017年9月15日2個月之間，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，出現振動報警故障軸承的電機在2017年8月組裝，調查當月工藝執行及作業環境無變更或異常，非齒端為SKF進口軸承。從同期組裝電機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套軸承運用狀態良好，其中蘭新線的60套軸承平均運行公里數已達69萬公里，可見電機組裝與軸承批次不是報警軸承故障的主要原因。

2.3 潤滑脂情況分析

（1）對5臺發生振動報警故障軸承分解時發現，軸承內部及儲脂室潤滑脂均出現發黑、發干、發硬；軸承上殘脂少，軸承室外側排脂較少。將其中HXD1C型0871號機車4軸5位軸承潤滑脂狀態與蘭新線某段相近運用里程的軸承潤滑脂外觀狀態相比較，兩個軸承外觀、儲脂室、排脂情況等狀態存在顯著差異，見表4。

表4 軸承潤滑脂狀態表

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

表5 潤滑脂質量分布表

2006年以來，HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承潤滑補脂周期及補脂量經過3次優化，最新標準自2015年5月開始實施，每3個月或5~6萬公里（以先到為準）補脂100 g。

而檢修整備現場實際情況為，2019年鐵總全面實施機車檢修修程修制改革，合肥機務段HXD1C型機車修程公里由7.5萬公里延長到8.5萬公里，軸承補脂維護要求與機車檢修修程修程同步，即每運行8.5萬公里補脂100 g。

（2）對潤滑脂檢測，軸承內潤滑脂進行理化檢測，結果見表6。

表6 7957電機軸承潤滑脂檢測結果

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

2.4 6A系統機車走行部車載監測裝置數據分析

綜合6A系統機車走行部車載監測子系統數據分析，上述5臺機車均為牽引電機非齒端軸承預警及一級振動報警故障，時域波形圖、頻譜圖都存在明顯外環故障譜。以HXD1C型0871號機車為例，該機車2020年12月5日4軸5位軸承時域波形圖、頻譜圖出現外環故障譜，但故障不連續。2021年2月7日開始出現連續預警故障，2021年2月24日故障升級為一級報警。分析數據情況如下：

（1）SV值沖擊趨勢存在明顯突變。分析2020.12.1日至2021.2.24日期間數據，SV趨勢共發生2次突變，第一次突變點發生在2021年2月5日5:16，SV值由361突升為2858；第二次突變點發生在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，出現軸承預警、一級報警故障信號，見圖3。

圖3 HXD1C型0871號機車4軸5位沖擊趨勢分析

（2）樣本數據外環故障明顯，時域波形圖呈明顯梳狀，時域波形圖、頻譜圖外環故障明顯，見圖4。

圖 4HXD1C型0871號機車單樣本分析

（3）軸溫無明顯上升趨勢。后臺架溫度實時分析趨勢同位比較4軸5位軸溫無明顯偏高，溫度趨勢基本一致。

2.5 分析結論

綜合上述分析，基本可以排除電機組裝工藝和同批次軸承質量以及油脂質量問題。通過6A系統機車走行部車載監測子系統數據分析及軸承外環內滾道剝離情況來看，剝離或多處壓痕發生在軸承外環內滾道承載區，域波形圖、頻譜圖從不連續外環故障譜，逐步發展到預警、一級報警，故障逐步發展，不斷擴大。

因此，牽引電機非齒端軸承振動報警，外環內滾道剝離的主要原因應為機車檢修修程修制改革后，HXD1C型機車修程公里有所延長，但同時牽引電機非齒端軸承補脂維護要求未能同步，牽引電機運用過程中因軸承潤滑不足，無法滿足實際運行工況下軸承潤滑需求，造成軸承運轉的潤滑油膜破壞。牽引電機非齒端軸承在長期大載荷運用工況下，其外環內滾道面次表層產生微裂紋，裂紋進一步擴展產生次表面的疲勞剝離。

3 HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承振動報警故障預防及處理

3.1 集中補脂，改善軸承潤滑條件，遏制軸承故障發展趨勢

2021年4月開始，合肥機務段對配屬120臺機車牽引電機非齒端軸承集中補脂2次，每次100 g，更新軸承內潤滑脂。第一次補脂100 g，運行1個月后，再次進行集中補脂100 g。

3.2 優化補脂方案，確保脂量充足，延長軸承運用壽命

本次集中補脂后，計劃從2022年1月開始，改變補脂周期，由修程補脂改為定期補脂。按照HXD1C型機車牽引電機軸承補脂維護規范執行，每8.5萬公里補充潤滑脂100 g，確保脂量充足。

3.3 做好數據分析，及時發現處理故障軸承

做好6A系統機車走行部車載監測子系統數據分析，發現HXD1C型機車牽引電機非齒端軸承一級報警故障及以上，及時扣車落修電機，消除故障隱患。

4 結束語

從2019年3月，鐵總開始組織實施機車修程修制改革，適度延長機車運用走行公里，節約檢修維護成本。實施兩年以來，機車檢修整備工作取得了較好的成效，節省了大量的檢修成本，優化了生產組織。但同時在實踐中，機車檢修整備作業過程中存在檢修工藝、范圍與修程修制改革不相適應，需不斷探索，逐步優化。因此，專業技術人員要立足現場，善于運用6A系統機車走行部車載監測裝置數據分析等方法和手段，對檢修整備現場存在的問題不斷分析總結，查找真正故障原因，及時發現檢修工藝、范圍及生產作業環節存在的問題，消除變化帶來的風險，提升檢修整備作業整體水平。