淺談DF4D型機車牽引電機常見故障與檢修

摘 要：牽引電動機作為DF4D型內燃機車主要電氣設備之一，其質量的好壞對機車整體質量起著至關重要的影響。該文分析了DF4D型機車牽引電動機的結構、工作原理以及在工作中的常見故障，并給出了一些日常維護的方法。

關鍵詞：牽引電動機 故障分析與檢修 電氣維護

中圖分類號：U264.1文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0053-03

牽引電動機作為DF4D型內燃機車主要電氣設備之一，其質量的好壞對機車整體質量起著至關重要的影響。DF4D型機車配屬我段中修以來給檢修生產帶來一定的壓力。對牽引電動機的檢修是檢修環節中的重要一環，如何確保檢修的質量成為我們必須要面對并解決的問題。

該文對造成牽引電動機的主要慣性故障原因進行深入分析，并提出在檢修中相應的解決對策，希望能對牽引電動機檢修質量的提高起到積極作用。

1 DF4D型內燃機車牽引電動機的結構組成

東風4D型內燃機車上采用的ZD109B型牽引電動機是采取強迫通風的四極串勵直流電動機，ZD109B型電機在轉向架上的安裝采用抱軸式懸掛，牽引電動機的一邊通過滾動抱軸承抱在車軸上，另一邊通過橡膠吊掛裝置吊掛在轉向架橫梁上。

ZD109B型牽引電動機主要結構如圖1。

ZD109B型牽引電動機主要技術參數（圖2）

電機型號ZD109B

額定功率530KW

額定電壓670V

額定電流845A

額定高電壓980V

最大電流1200A

額定轉速770 r/min

最大恒功率轉速2190 r/min

最大轉速2385 r/min

勵磁方式串勵（4極）

磁場削弱系數66%（Ⅰ級）

絕緣等級H/H

工作制連續

通風方式強迫外通風

額定風量110m3/min

換向片數232片

換向器外徑390mm

傳動比2.833（68：24）

槽數 58槽

均壓線數58根

電刷尺寸20×43×60mm

額定效率93%

換向極氣隙8g2/8g11.8/10.5mm

主磁線圈匝數18匝

電機質量≤3000 kg

2 DF4D型機車牽引電機的工作特點

2.1 使用環境惡劣

由于牽引電機安裝在車體下面，直接受到雨、雪、潮氣的影響，機車運行中掀起的塵土也容易侵入電機內部。此外，由于季節和負載的變化，還經常受到溫度和濕度變化的影響。因此，電機絕緣容易受潮、受污，對其性能和壽命產生極為不良的影響。所以，牽引電機的絕緣材料和絕緣結構應具有較好的防潮，防塵性能及良好的通風、散熱條件。

2.2 外形尺寸受限制

牽引電動機懸掛在車體下面，其安裝空間受到很大的限制，軸向尺寸受軌距限制，徑向尺寸受動輪直徑的限制。為了獲得盡可能大的功率，要求牽引電機結構必須緊湊，并采用較高等級的絕緣材料和性能較好的導電、導磁材料。

2.3 動作力大

機車運行通過鋼軌不平順處，因撞擊而產生的動力作用會傳遞給牽引電動機，使牽引電動機承受很大的沖擊和振動。

2.4 換向困難

直流牽引電機換向困難的原因除了受機械振動力方面的影響外，還有電器方面的原因，如牽引電動機經常啟動、制動，此時電流可達額定電流的兩倍；當機車在長大坡道上運行時，電動機將長時間處于過電流狀態；當機車高速運行時，產生的磁場削弱使氣隙磁場畸變增大等，這些都將造成牽引電動機換向困難。

2.5 負載分配不均勻

牽引電機與普通電機的另一個不同之處是：在同一機車上的數臺牽引電機，不論是在電方面還是在機械方面都是連接在一起的。在電的方面，各電機之間是并聯連接；在機械方面，各電機通過車輪與鋼軌間的黏著作用相互耦合在一起。因此，由于同一臺機車上牽引電機特性有差異，各動輪直徑不等或個別輪對發生“空轉” 、“滑行”等原因，都有可能造成各電機的負載分配不均，有的電機處于過載運行，有的電機處于欠載運行，從而使機車牽引力不能充分發揮。

3 DF4D型機車牽引電動機的維護保養

牽引電動機的工作條件十分惡劣，主要表現在：負載變化大；承受來自輪軌的沖擊力；使用環境惡劣。因此要使電機在運行過程中保持良好質量狀態，必須進行很好的操作和維護保養，才可減少電機的故障，延長使用壽命和獲得機車的高運轉率。

3.1 換向器的維護保養

換向器是直流電機的重要部件，它在高速旋轉時的機械穩定性以及其表面氧化膜的狀態對電機換向器性能的影響很大。

（1）應經常注意觀察換向器工作表面。許多牽引電動機的故障在尚未造成前，可以根據換向器表面的異常狀態早作診斷，找出故障原因和部件，及時進行處理。

（2）經常用干燥的壓縮空氣吹掃換向器表面，如有油垢，可用浸有少量酒精或丙酮的無毛抹布擦拭干凈，并注意不要用油垢的或不干凈的手去觸摸換向器表面或更換電刷；如換向器表面有較明顯燒損痕跡而用無毛抹布擦拭無效時，可用鏡像砂紙進行清擦。

（3）檢查換向器V形云母槽的表面狀態，應經常保持該部分清潔，如有燒痕，應用玻璃砂布把燒損處打磨干凈。

3.2 電刷裝置的維護保養

刷架裝置是電機的重要部件之一，其質量的好壞直接影響電機的換向性能，因此，必須對它有足夠的重視并經常進行維護保養。

（1）檢查刷握及連線緊固螺栓是否松動，特別是刷架連線接頭是否接觸良好。

（2）常將電刷在刷盒孔上下移動幾次，除去碳粉及其他雜物，以保持電刷活動自如。并用塞尺檢查電刷與刷盒孔間的間隙是否在限度范圍內。注意檢查刷辮不要碰上換向器的升高片，以及檢查電刷是否破損，刷辮是否脫落，若有應及時更換。

（3）用電刷壓力測試儀檢查電刷壓力是否在規定范圍內。

（4）檢查所使用的電刷牌號和制造廠家應一致，更換電刷時同一電機應使用同一廠家同一牌號的電刷；同一電機所使用電刷的高度差及同一電刷的雙分裂電刷的高度差不應超過規定數值，否則應進行更換。

（5）檢查刷盒底面相對換向片的平行度符合技術要求，刷盒底面與換向器表面距離應在2～5 mm范圍內。

（6）換電刷前，應先打磨電刷接觸面，使其與換向器圓弧面貼合，以保證良好的換向。

（7）檢查并調整刷盒，以保證刷盒上的電刷在電樞竄動范圍內都在換向器工作面上。

（8）經常應用干燥的高壓空氣吹掃刷握，用干凈布擦拭絕緣刷桿外表面的油垢及污物。

（9）銼掉連線接頭和刷盒上因飛弧而造成的銅瘤或銅毛刺。

（10）檢查刷架定位銷裝置的固定情況。

3.3 電樞軸承的維護保養

軸承是電機中比較關鍵的部件，電樞軸承燒損，會使轉子固死、造成機破。

（1）經常檢查電樞軸承的溫升

（2）檢查電樞軸承和抱軸軸承的密封情況是否良好

（3）電樞軸承的軸承室內潤滑脂不能太多或太少，否則會引起軸承發熱。

4 DF4D牽引電機的故障分析與處理

4.1 軸承故障

這是發生在機械方面最主要的故障，而且問題往往較復雜，還導致了別的故障發生。由于牽引電機的工作條件惡劣，其軸承常見故障癥狀有保持架鉚釘松動、斷裂或外圍擋邊偏磨，滾珠及滾道剝離、灼痕、拉傷、裂紋、歪磨或徑向間隙增大，內圈松動或咬死，軸電流電蝕及潤滑脂變質，軸承甩油箱松動變形等。因此往往引起振動及噪聲增大，導致小齒輪碰撞磨損、繞組絕緣損傷、聯接線斷裂、換向不良、引起接地或環火、甚至發生轉子咬死難于轉動而發生裂軸等惡性事故。

（1）軸承損壞。更換軸承。

（2）軸承與軸配合過松或過緊。過松時在軸承上鑲套，過緊時重新加工軸到標準尺寸。

（3）電機兩端端蓋或軸承未裝平。將端蓋或軸承止口裝平，旋緊螺栓。

4.2 主附極和補償繞組接地

原因：機座內面尖棱、焊瘤、凸臺及線圈護罩和彈簧墊板壓傷絕緣，更多的情況是主附極線圈在運行過程中受到頻繁的振動沖擊，致使線圈或緊固螺栓松動，引起絕緣磨損及繞組短路。有時還發生線圈聯線絕緣卡破接地，少數情況也有因定子絕緣受潮油污或過熱老化損壞絕緣所致。對補償繞組主要是端部或聯線固定不牢，受振動沖擊力和過載磁拉力產生變化后，可能使絕緣破損接地。除開明顯是繞組低電位接地外，發生繞組接地故障后，要暫時切除該電動機。

處理：認真清理機座安裝線圈的凸臺面，并對整個線圈加裝環氧酚醛玻璃布墊。各線圈壓弧時和裝配時，都要注意做到不損傷線圈絕緣。對線圈引線頭和鐵芯間的間隙要用絕緣板墊緊。由于加裝了彈簧墊板還不能從根本上解決主附極繞組的接地問題；宜取消線圈護罩和彈簧墊板，實行環氧樹脂澆注或上膠聚酯纖維氈壓絕緣結構一體化，特別是環氧樹脂澆注一體化能很好地提高主附極繞組的耐振、耐潮、導熱和電氣性能，或采取填充泥固化成一體。對補償繞組，除槽部特別是槽口應保障絕緣良好外，在兩端應加裝絕緣綁扎箍環防止端部變形。將補償槽由向心槽改為平行槽后，則補償線圈可采用預制成型的連續絕緣，能明顯提高補償繞組絕緣能力和有利造修。此外，應注意固定和保護聯線絕緣，特別注意卡子處不要損傷聯線絕緣。各對地絕緣應包扎均勻緊固，最后整個定子施用整體浸漬無溶劑漆以提高絕緣能力。并注意保護牽引電動機有足夠的通風量和避免絕緣受潮油污。對于繞組及聯線的活接地，則應細心加以判別。

4.3 定子、轉子鐵芯故障檢修

定、轉子都是由相互絕緣的硅鋼片疊成，是電動機的磁路部分。定、轉子鐵芯的損壞和變形主要由以下幾個方面原因造成。

（1）軸承過度磨損或裝配不良，造成定、轉子相擦，使鐵芯表面損傷，進而造成硅鋼片間短路，電動機鐵損增加，使電動機溫升過高，這時應用細銼等工具去除毛刺，消除硅鋼片短接，清除干凈后涂上絕緣漆，并加熱烘干。

（2）拆除舊繞組時用力過大，使倒槽歪斜向外張開。此時應用小嘴鉗、木榔頭等工具予以修整，使齒槽復位，并在不好復位的有縫隙的硅鋼片間加入青殼紙、膠木板等硬質絕緣材料。

（3）因受潮等原因造成鐵芯表面銹蝕，此時需用砂紙打磨干凈，清理后涂上絕緣漆。

4.4 電機有不正常的振動或響聲

（1）電動機的地基不平，電動機安裝不符合要求。檢查地基及電機的安裝情況，加以糾正，并將松動的地腳螺栓用螺母旋緊。

（2）轉子與定子摩擦。校正轉子中心線；銼去定子，轉子內外圓的硅鋼片突出部分；更換軸承。

（3）轉子不平衡。將轉子在車床上用千分尺找正后，針對具體情況，將轉子鐵芯或軸加以修復。

（4）滾動軸承在軸上裝配不良或軸承損壞。檢查軸承的裝配情況或更換新軸承。

4.5 電機溫升過高或冒煙

（1）定子繞組有短路或接地故障。打開電機，檢查定子線圈，用目測，耳聞，手摸檢測短路處。如短路嚴重，則更換電機。

（2）轉子運轉時和定子鐵芯相摩擦，致使定子局部過熱。檢查定子鐵心是否變形，軸是否彎曲，校正好轉軸中心線；更換磨損的軸承。

4.6 牽引電機環火

（1）電弧環火。將換向器端頭部分車出較大圓角，端頭部分的云母溝用銼刀開大些，以阻止電弧形成。

（2）對換向片出現的銅毛刺情況，處應立即清除外，還應檢查產生的原因。如是電刷跳動引起的，則應合理調整電刷壓力和預防電刷嚴重磨損，及時更換磨損的電刷。

（3）對于片間電壓較高，經常發生環火事故的電機，則應適當降低電壓保護整定值。對于因換向情況不好而經常發生環火的電機，則應加強對換向器的維護工作，防止換向惡化。

在刷架之間增設擋弧隔板，以減少電弧飛越的可能性。還可以利用電機通風，正負刷架間造成軸向氣流，以產生吹弧作用，防止空氣游離和電弧飛越

4.7 竄油

竄油及油封不良，原因：油封不良及電機本分結構不合理所引起。

處理：首先改進傳動齒輪罩的裝配工藝，如增強齒輪罩分箱面接觸處的剛度，采用聚硫橡膠粘接其接縫處，并可以考慮適當提高齒輪潤滑車軸油的粘度。對電樞滾柱軸承的油封，應減少與轉軸間的間隙，并在油封迷宮入口處圓周涂抹密封膠或設置塑料甩油環。在傳動端端蓋的筋條上設置多個通大氣孔，以抵消后端蓋中心部的負壓吸入作用。對抱軸承，則在軸瓦內面和領圈上畫回油溝，油箱上設置回油孔，并增設油封外檔板，防止齒輪箱油與抱軸潤滑油相竄。

4.8 電刷故障

電刷跳動火花大

（1）有銅刺和尖棱。需要重新倒角。

（2）電刷壓力太小。需要調整壓力或更換彈簧。

電刷過熱

（1）電刷壓力太大。需要調整壓力或更換彈簧。

（2）各電刷壓力不勻造成負載分配不均。需要更換不等高電刷，調整個別電刷的壓力。

5 結語

隨著科學技術不斷發展，電動機及控制設備的技術性能也日益完善。在工作中如何正確的使用和掌握其性能，還需要我們在實際工作中不斷積累經驗，判斷電動機及控制設備存在的問題與故障處理，找出故障原因并加以分析，及時采取對策，以保證電動機及傳動設備的正常運行。通過本課題的研究，使我維修牽引電動機的能力得到了鍛煉和提高。以后我會不斷努力的學習，使我在以后的工作中能夠得到有效的應用。