HXD2B型機車牽引電機軸承溫升報警分析及預防措施

溫世湖 上海鐵路局機務處

HXD2B型機車牽引電機軸承溫升報警分析及預防措施

溫世湖 上海鐵路局機務處

針對HXD2B型機車牽引電機傳動端軸承溫升報警情況，從結構特點、6A系統數據、分解檢查、檢修作業、診斷方式及報警限值等方面入手進行深入分析，并結合現行檢修經驗及管理要求提出相應的預防措施，對日常檢修維護工作有一定的借鑒作用。

驅動裝置；軸承；溫升報警；報警限值

為提高機車防范安全事故的能力，我局組織對HXD2B型機車加裝了6A系統，實現了空氣制動安全監測、防火監控、高壓絕緣檢測、走行部故障監測、自動視頻監控及記錄功能，對機車運行過程中危及行車安全的重要事項、重點部件和部位進行實時監控。2014年11月中旬以來，HXD2B型機車相繼發生7臺牽引電機傳動端軸承溫升報警，對機車檢修及運用帶來不良影響。

1 HXD2B型機車驅動裝置及故障診斷介紹

1.1 HXD2B型機車驅動裝置

驅動單元是機車走行部最關鍵的部件之一，它是實現電機輸出轉矩傳遞輪對的裝置。HXD2B型機車有6組相同的驅動單元，每個轉向架由三組相同的驅動單元組成（如圖1）。每套驅動單元采用一級圓柱直齒齒輪傳動，把牽引電機輸出的扭矩通過主動齒輪和從動齒輪傳遞給輪對，實現輪對產生牽引力；相反，也可以把輪對的動能由從動齒輪傳遞給主動齒輪，使牽引電機產生電制動扭矩，實現電制動。驅動單元采用全封閉式傳動齒輪箱，它與抱軸承箱、牽引電機通過螺栓聯結。齒輪采用飛濺潤滑，齒輪、抱軸承箱齒側軸承和電機齒側軸承共用齒輪箱油潤滑。

1.2 走行部故障監測子系統測點布置

HXD2B型機車6A系統走行部故障監測子系統可以實現對機車走行部軸箱軸承、牽引電機軸承、抱軸軸承、傳動齒輪及輪對踏面的動態安全監測。該子系統在每個驅動單元上設置6個測點，每個測點安裝1個同時檢測溫度、振動與沖擊的復合傳感器。測點位置如圖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-非齒端電機軸承座；6位-非齒端軸箱軸承座。

圖1 HXD2B型機車驅動裝置說明：1-齒輪箱；2-主動齒輪；3-從動齒輪；4-交流牽引電機；5-抱軸承箱組裝；6-電機懸掛和防落系統

圖2 HXD2B型機車6A系統走行部故障監測子系統測點布置

2 溫升報警情況

2014年11月中旬以來，HXD2B型機車相繼發生7臺牽引電機傳動端軸承溫升報警，統計情況見表1。

表1 HXD2B型機車牽引電機傳動端軸承溫升報警統計表

發生溫升報警時，機車速度均在（116～118）km/h之間，6A系統數據分析顯示，HXD2B-0075機車第4位最高溫度為

73℃，溫升58 K,其余機車最高溫度65℃，最大溫升56 K，報警位軸承均無特征明顯的故障沖擊信息。發生溫升報警的牽引電機經二年檢檢修后裝車，二年檢后平均走行24 834 km，其中最大的為HXD2B-0030機車57 664 km、最小的為HXD2B-0088機車1 468 km，總運行公里均為約（60×104）km。

3 分解檢查情況

對HXD2B-0075、0088、0110、0030四臺機車的溫升報警牽引電機進行了分解檢查，分解檢查情況為：

（1）主動及從動齒輪狀態正常，接觸面無明顯的拉傷、變色。HXD2B-0075、0088、0030三臺機車齒輪箱內潤滑油較臟，金屬磨屑較多，HXD2B-0075機車齒輪箱的底部及磁堵上有鐵屑及棉狀物。

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

（3）HXD2B-0075機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，軸承內圈有一處約0.8cm長輕微手感劃痕。其余3臺機車拆解的軸承部分滾柱有輕微劃痕，軸承內圈狀態良好無發熱變色現象。

（4）對HXD2B-0088機車第5位齒輪箱油進行取樣化驗，化驗結果顯示金屬顆粒磨屑嚴重超標。

4 原因分析

4.1 造成溫升報警的因素

根據發生溫升報警的6A系統數據分析、現場分解檢查情況及HXD2B型機車驅動裝置結構特點分析，造成溫升報警的因素可能有以下幾個方面：

4.1.1 軸承本身質量

據統計，在二年檢牽引電機檢修過程中牽引電機傳動端軸承的報廢率約30%，報廢的主要原因是軸承滾子、滾道拉傷及劃痕。目前牽引電機軸承的主要檢修方式是清洗、目測，但是對軸承滾子、滾道劃痕的數量、深度沒有具體標準，只是憑工作者手感及經驗進行判斷，這勢必會影響到軸承的檢修質量。

4.1.2 潤滑系統品質

傳動端軸承潤滑是通過齒輪箱油在齒輪旋轉、嚙合的過程中，齒輪油通過油孔循環潤滑來冷卻軸承。通過對發生溫升報警的3臺驅動裝置分解發現齒輪箱潤滑油較臟，齒輪箱底部沉淀有黑色粉末狀物質，齒輪箱放油堵磁性螺堵吸附金屬磨屑。對HXD2B-0088第五位齒輪箱潤滑油脂進行化驗表明潤滑油金屬顆粒磨屑嚴重超標，金屬磨屑是在主、從齒輪嚙合過程中齒輪互相間的研磨產生的。在循環潤滑過程中金屬磨屑會進入軸承內部，導致軸承滾子、滾道損傷。如果在進油口匯聚較多的金屬磨屑會導致進油不暢軸承不能及時冷卻。

4.1.3 電機組裝質量

電機組裝時的軸承自由間隙、軸承組裝后的游隙，內套、主動齒輪安裝時的平行度，軸承套與軸承安裝的過盈量，電機組裝時端蓋組裝間隙，轉子的動平衡等均會影響電機的振動量，振動大會影響溫升。

4.1.4 機車及牽引電機運行工況

發生溫升報警的7臺機車運行速度在（116～118）km/h之間，持續高速運行條件下，牽引電機軸承的溫度上升過快導致部分電機軸承溫升達到報警限值。牽引電機傳動端軸承工作環境惡劣，負載大，主、從動齒輪的嚙合及電機軸承的轉動產生很大的熱量，相比牽引電機非傳動端軸承易發生溫升報警的現象。

4.1.5 牽引電機軸承溫度監測方式及報警限值

查閱《大功率交流傳動六軸（9600 kW）貨運電力機車采購合同》技術規范及《HXD2B型電力機車總體技術規范》（TJ/ JW 009-2014）相關規定，HXD2B型機車牽引電機傳動端軸承溫升限值是80 K，而HXD2B型6A系統走行部故障監測子系統的溫升報警限值是55 K，兩者相比較，報警條件較為苛刻。此外，機車運行時前后轉向架環溫的差別，各牽引電機軸承檢測點是否“背風”，對溫升的大小也有一定的影響。

4.2 初步原因

通過現場分解檢查、走行部車載監測裝置數據等情況的綜合分析，初步認為造成軸承溫升報警的主要因素是軸承本身質量狀態、油潤系統品質、牽引電機軸承溫度監測方式及報警限值。主要內因是輪對、電機經過二年檢重新組裝后，絕大部分主、從動齒輪非配對組裝，主、從動齒輪副開始新的嚙合磨合過程，初期嚙合階段產生大量的金屬磨屑，由于HXD2B型機車主、從動齒輪、牽引電機軸承共用齒輪箱油潤滑，金屬磨屑會隨著油進入軸承，導致軸承滾柱、內套損傷，在較高速度持續運行條件下，運行品質較差的軸承溫度升高就相對較快，進而發生溫升報警；主要外因是HXD2B型機牽引電機傳動端軸承55 K的溫升報警限值與采用油潤滑方式的牽引電機傳動端軸承80 K的溫升限值相比較，診斷報警條件較為苛刻。

5 預防措施

5.1 完善檢修標準、確保軸承源頭檢修質量

二年檢檢修單位應聯合牽引電機設計制造單位細化牽引電機軸承內外圈滾道、滾子目視檢測標準，對磨傷、劃痕等缺陷制定更加嚴格的判斷標準，存在缺陷部件報廢時，須成套更新軸承。另外要參照《軸承檢修技術規范》要求，共同摸索開展和諧型機車牽引電機軸承動態檢測工作，確保源頭檢修質量可靠。

5.2 提高管理要求，確保驅動裝置運轉狀態

（1）驅動裝置檢修時，應堅持主動齒輪、從動齒輪配對使用的原則，即輪對驅動裝置分解檢修后，輪對與主動齒輪原拆原裝。

（2）驅動裝置檢修時，須保證齒輪箱、主、從動齒輪、軸承、齒輪箱油的清潔度，確保檢修質量，組裝時嚴格按工藝要求檢測配件，確保組裝尺寸在規定范圍內。

（3）牽引電機組裝、齒輪箱組裝時，嚴格控制各種密封膠、密封劑使用，按照工藝要求進行適量涂抹，防止過多的密封膠等物質溢入齒輪箱油，污染潤滑系統。

5.3 精心維護保養，確保齒輪潤滑系統品質

《HXD2B型驅動裝置檢修保養手冊》提出新機車或新輪對首次跑合（2.5×104）km時換齒輪油，清除磨合期產生的微小磨損微粒和殘留物，每運行（10×104）km時從齒輪箱取油樣進行化驗，通過分析油品質量，來判斷驅動裝置潤滑情況，每運行（20×104）km時更換齒輪油。可見齒輪箱潤滑油的維護要求很嚴格，為確保二年檢后齒輪箱潤滑油的品質，盡量要做到：

5.3.1 適當提前首次換油周期

和諧型機車二年檢或臨時更換驅動裝置后的的初次換油周期可考慮選擇在機車運行（5 000～15 000）km之間。

5.3.2 日常密切關注油質

日常要通過油位觀察窗，在檢查油位的同時注重對齒輪箱油質的檢查，油質應無明顯的渾濁狀態。

5.3.3 科學進行取樣化驗

和諧型機車齒輪箱油化驗取樣時，應從放油堵處抽取。抽取油樣時機為機車運轉回庫后30 min～1 h內抽取。抽取油樣時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，安裝時要清潔磁性螺堵，按規定力矩進行緊固。積累化驗數據，分析驅動單元磨損趨勢。

5.3.4 做好換輪后重新換油工作

日常更換驅動裝置后，要重新開始計算該驅動裝置的換油周期。

5.3.5 做好齒輪箱油質量控制

嚴格按照《HXD2B型機車驅動裝置維護保養手冊》提供的潤滑油牌號進行采購，同時按規定進行儲存，開封的齒輪箱油要做好密封防護措施，防止失效、雜質混入。

5.4 開展和諧機車部件磨損規律及壽命管理研究

二年檢承修單位應做好牽引電機檢修時主動齒輪、軸承部件更新數據的積累，詳細記錄部件編號、、累計走行公里、報廢原因，對典型的故障應留存照片記錄或實物案例，摸索和諧機車部件磨損規律，開展壽命管理研究。

5.5 進一步研究牽引電機軸承溫度監測方式及報警限值

5.5.1 調整軸承溫度報警限值

牽引電機軸承溫度監測報警分為溫升報警及絕對溫度報警兩種方式。中國鐵路總公司發布的標準性技術文件【TJ/ JW 001F-2014】《6A系統機車走行部故障監測子系統一技術條件》中5.3.1.4診斷報警標準規定“溫度報警參照TB/T 3057-2002中的規定執行，其中交流傳動機車異步牽引電機軸承溫度報警限值應符合TB/T 3315-2013中的5.4.5的要求：脂潤滑方式溫升≤55 K，油潤滑方式溫升≤80 K，軸承允許最高溫度≥120℃”。針對目前HXD2B型機車牽引電機傳動端軸承溫升報警多發的情況，機車制造廠、牽引電機制造單位及6A系統走行部故障監測子系統供應商應共同對相關數據進行統計、分析，結合HXD2B型機車驅動裝置特點及運輸牽引要求，在目前溫升報警限值≤55 K的基礎上，考慮適當調整報警限值。

5.5.2 深入研究監測方式

走行部故障監測子系統在機車前后轉向架各設置一個環溫傳感器，各監測點溫度與環溫傳感器溫度進行比較得出各測點的溫升值，這個值達到或超過溫升報警限值時6A系統即發出溫升報警提示。6A系統數據分析顯示HXD2B型機車前后轉向架環溫值差距較大，環溫較小的轉向架所承載的牽引電機傳動端軸承溫升就相對較高，易先發生溫升報警。機車運用檢修單位及走行部故障監測子系統供應商要組織力量深入研究溫度監測方式，確保監測結果的真實準確性。

6 結束語

隨著和諧機車大量投入運用，陸續已產生不同等級的檢修，為確保機車質量及運用安全，和諧機車已全面開展加裝6A系統工作，同時各級檢修部門積極開展部件質量規律摸索研究工作。在此過程中會遇到各種各樣的質量問題，這就需要各級技術人員要不斷積累數據、總結經驗，為用好、修好和諧機車奠定堅實的實踐基礎。

[1]鐵總運〔2014〕208號《中國鐵路總公司關于印發<中國機車遠程監測與診斷系統（CMD系統）總體暫行技術規范>等12項標準性技術文件的通知》[S].

[2]【TJ/JW 009-2014】《HXD2B型電力機車總體技術規范》[S].

[3]HXD2B型機車驅動裝置維護保養手冊[Z]，中國北車集團大同電力機車有限責任公司，2012年.

責任編輯：王華 宋立成

來稿日期：2015-02-09