HXD3C型機車牽引電機軸承故障案例分析

呂繼健 中國鐵路上海局集團有限公司上海機車檢修段

2018年11月10日，濟南機務段配屬HXD3C-0947機車擔當K566次牽引任務，機車行至太原東，發生52位軸溫報警。該機車2017年12月28日，上海機車檢修段C5修，修后走行205256 km。2018年8月31日，濟南機務段1C2，修后走行33610 km。故障電機編號：3130907。

1 故障電機C5修檢修情況

（1）經查該故障電機NU330、QJ318、NU320軸承更新。新軸承檢查狀態良好，NU320軸承徑向游隙0.11 mm，NU330軸承徑向游隙0.19 mm，符合要求。

（2）定子對轉軸間的絕緣電阻測量值為550 MΩ，符合要求。

（3）檢查裝配前注油量情況，按工藝規定注油。

（4）檢查轉子軸徑外徑、軸承蓋、軸承室內徑符合要求。

（5）電機空載試驗。記錄為電機轉動靈活，運轉平穩，無異音，轉子與定子間無摩擦，500 r/min下運轉10 min，1 500 r/min下運轉50 min，2 662 r/min下運轉10 min，空轉試驗結束時測量兩端軸承溫升（傳動端：17 K，非傳動端28 K）不超過規定35 K。其它各項參數符合要求。

（6）電機振動試驗。電機轉速1 500 r／min下，橫向、縱向、垂向振動值最大為1.18 mm/s，不大于規定的2.8 mm/s。其它各項參數符合要求。

2 故障電機現場拆解情況

2.1 非傳動端檢查

檢查電機非傳動端，軸承外端蓋外側無油脂漏泄，打開軸承外端蓋，測速齒盤安裝良好。檢查軸承安裝情況，軸承安裝測量值符合要求。軸承油脂無變色，拔出QJ318軸承的定位銷，軸承外圈在軸承座內能轉動，無變形、卡滯現象；拆下NU320軸承，檢查軸承油脂無變色；內封環無變色，在軸承座內能轉動；軸承座底部圓孔內側已倒角。軸承QJ318、NU320清洗后外觀檢查無損傷，狀態良好。

2.2 傳動端檢查

通過電機傳動端檢查，軸承外油封凸出，油脂漏泄，內油封無油脂漏泄，保持架斷裂一處，保持架中間的銅條全部斷裂，已化成粉末，滾柱13顆集中在一起，嚴重磨損、變色，軸承外圈斷裂三處變色，軸承內套整個一圈嚴重磨損、變色。

2.3 從動齒輪、主動齒輪、軸錐面

主動齒輪外表面變色、發黑；從動齒輪狀態正常無變色，軸錐面無拉傷痕跡，整體發熱變黑。

2.4 定子、轉子

定子狀態良好，在傳動端定子繞組上面一圈有10 cm寬度油跡，機體無變形、損傷、螺栓松動等現象。

轉子在傳動端的軸伸處錐面無拉傷痕跡，顏色變黑；軸承、外油封安裝位嚴重拉傷，顏色變黑。

3 機車軸報數據分析情況

3.1 裝置開關機情況如表1所示

黑框處五次系統工作過程分別定義為“第一次”、“第二次”、“第三次”、“第四次”、“第五次”系統工作。其中“第三次”時出現了軸承預警信息，“第五次”時發生了軸溫報警導致機車故障停車。

根據事故發展情況，第一次、第二次系統工作為故障初始階段，第三次為故障發展階段（前期），第四次系統工作為故障發展階段（后期），第五次系統工作為故障發生階段。

3.2 軸承沖擊趨勢分析

圖1 SV值

經分析故障初始階段：52位SV值在8日12：18：53突然上升，同期SV值約為42位的2.5倍，如圖1所示（白圈處為走行部故障監測裝置的開關機時間點）。

故障發展階段（前期）：52位在機車開始運行后同期與42位SV值比較倍數迅速增大，并且在9日8：15：37達到9364，約為同期42位沖擊值的9倍。此次系統工作期間，電機轉速為450 r/mi-500 r/min時，SV值一直高于5500。

故障發展階段（后期）：52位在電機轉速超過350 r/mi的工況下，該位沖擊值均超過7500，其中先后有4次振動值超出傳感器接收上限值（10000）。

故障發生階段：52位在機車正常運行電機轉速上升后振動值直線上升至傳感器接收極限，并且持續至減速停車趨勢時振動值下降。

從沖擊趨勢上進行分析，該機車52位于故障初始階段沖擊值已經存在異常現象，故障發展階段情況進一步惡化，直至故障發生階段，系統軸溫報警。

3.3 溫度實時分析情況

根據溫度實時數據分析，該機車故障發展階段（前期）52位溫度稍有偏高。機車于故障發展階段（后期）52位溫度急劇升高，于故障發生階段首次出現軸溫報警，如圖2所示。

圖2 溫度實時數據

故障發展階段（前期），52位與42、62位溫度最大溫差達到5℃，此時52位溫度略高于其他兩位。

故障發展階段（后期），10日 0：12：，52位與 42、62位溫度最大溫差達到17℃，此時52位溫度明顯高于其他兩位。

從溫度記錄來看，該機車52位于故障發展階段（前期）時，溫度略高于42、62位，其故障特征不是很明顯；但在故障發展階段（后期）時，52位溫度明顯高于其他兩位。這一點應在數據分析時注意。

3.4 數據分析小結

根據上述數據分析情況，在故障初始階段時，故障位別SV沖擊趨勢明顯上升。故障發展階段（前期）出現了軸承預警（保持架外），且52位溫度略高于其他兩位。故障發展階段（后期）出現了軸承預警（保持架外、保持架內），且52位溫度明顯高于其他兩位。最終于故障發生階段出現軸溫報警并伴隨大量齒輪預警與軸溫報警。

分析認為:故障初始階段，軸承保持架已經出現了故障，導致該機車52位SV值迅速上升。但由于保持架的工況、材料特性，直至故障發展階段（前期），52位溫升相較相鄰兩軸同位不是非常明顯。

故障發展階段（后期），軸承中保持架情況進一步惡化，SV值與鄰軸同位的差距進一步加大，測試點溫度上升也更為明顯。

4 軸承故障原因分析

4.1 軸承沒有補油

機車在日常使用時，如果沒有定量補油，會造成因軸承內部缺油導致軸溫升高。如不采取措施，則引發軸承缺油燒損。

現場檢查該電機傳動端和非傳動端軸承油道暢通且無缺油。經分析確認故障電機軸承沒有缺油。

4.2 組裝原因

（1）從非傳動端檢查情況看，無發生配件損傷、擠壓、接磨、緊固件松動現象，油質良好，無過熱現象。

（2）從檢查定子、轉子、從動齒輪、主動齒輪、軸錐面情況看，狀態良好；主動齒輪變色是由于軸承過熱導致主動齒輪高溫變色。

（3）從傳動端檢查情況看，所有配件存在損傷、擠壓、過熱現象。軸承安裝良好。

經分析確認，故障電機不存在組裝原因。

4.3 材質原因

4.3.1 外觀檢查情況

現場檢查電機傳動端，發現保持架斷裂一處；檢查斷裂處明顯發黑，軸承外圈斷裂三處，斷口有金屬新斷痕跡；軸承內套整個一圈嚴重磨損變色，銅條已全部磨成粉末。

4.3.2 NTN廠家檢測情況

（1）軸承檢測結果，如圖3所示。

圖3 軸承檢測結果

軸承外圈斷裂起點為擋邊內徑面，由于發現與保持架有明顯滑動痕跡，推測斷裂是摩擦開裂發展而來。保持架破損嚴重，并熔著在內外圈滾道、滾子、擋邊面，無法確定斷裂起點；保持架外徑面確認有明顯的卡死損傷；外圈滾道面及滾子滾動面發現保持架熔著、卡死、燒灼等顯著傷損；外圈外徑面發現有較強的變色。

（2）檢測結果

由于發現保持架外徑面有顯著的卡死損傷，通過分析比較，保持架斷裂一處，在靠近銅條的轉角處，但斷口有金屬舊斷痕跡，推斷保持架外徑面為失效起點，對于外圈的斷裂，可能是由于摩擦開裂發展而來，外圈擋邊的內徑面為斷裂起點。由于材質原因以及應力集中造成斷裂。

5 結論

通過走行部監測裝置分析以及故障電機解體分析認為，因該軸承質量問題引發了軸承保持架斷裂。通過NTN廠家檢測情況，判斷是由于保持架斷裂一處繼而發生保持架銅條相繼斷裂，滾柱相互沖擊在一起。軸承外圈受力加高溫造成斷裂三段，外封環完全頂出，軸承脂流失及高溫碳化，最終導致軸承固死。

6 整改措施

（1）故障軸承送廠進一步檢測分析。對故障軸承送NTN廠家檢測，查找深層原因，從源頭上避免有問題軸承裝車。

（2）加強機車走行部監測裝置數據跟蹤分析。梳理該批次軸承在機車上的安裝情況，定期跟蹤觀察機車走行部監測數據，加強質量跟蹤、數據分析。

（3）繼續做好軸承關鍵質量盯控。做好新軸承的存放、檢測、組裝，軸承的溫升、振動試驗，強化對機車走行部監測數據的分析工作。

（4）抓好牽引電機C5修工藝范圍落實。嚴肅作業紀律，按照C5修工藝范圍要求，做好三檢一驗，抓好牽引電機關鍵工位、工序、部件的質量卡控，確保組裝質量。