溫世湖 上海鐵路局機務(wù)處

HXD2B型機車牽引電機軸承溫升報警分析及預(yù)防措施

溫世湖 上海鐵路局機務(wù)處

針對HXD2B型機車牽引電機傳動端軸承溫升報警情況，從結(jié)構(gòu)特點、6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)、分解檢查、檢修作業(yè)、診斷方式及報警限值等方面入手進行深入分析，并結(jié)合現(xiàn)行檢修經(jīng)驗及管理要求提出相應(yīng)的預(yù)防措施，對日常檢修維護工作有一定的借鑒作用。

驅(qū)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(tǒng)，實現(xiàn)了空氣制動安全監(jiān)測、防火監(jiān)控、高壓絕緣檢測、走行部故障監(jiān)測、自動視頻監(jiān)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(jiān)控。2014年11月中旬以來，HXD2B型機車相繼發(fā)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(qū)動裝置及故障診斷介紹

1.1 HXD2B型機車驅(qū)動裝置

驅(qū)動單元是機車走行部最關(guān)鍵的部件之一，它是實現(xiàn)電機輸出轉(zhuǎn)矩傳遞輪對的裝置。HXD2B型機車有6組相同的驅(qū)動單元，每個轉(zhuǎn)向架由三組相同的驅(qū)動單元組成（如圖1）。每套驅(qū)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(xiàn)輪對產(chǎn)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?fàn)恳姍C產(chǎn)生電制動扭矩，實現(xiàn)電制動。驅(qū)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(lián)結(jié)。齒輪采用飛濺潤滑，齒輪、抱軸承箱齒側(cè)軸承和電機齒側(cè)軸承共用齒輪箱油潤滑。

1.2 走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)測點布置

HXD2B型機車6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(tài)安全監(jiān)測。該子系統(tǒng)在每個驅(qū)動單元上設(shè)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(fù)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(qū)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(tǒng)

圖2 HXD2B型機車6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)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(fā)生7臺牽引電機傳動端軸承溫升報警，統(tǒng)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(tǒng)計表

發(fā)生溫升報警時，機車速度均在（116～118）km/h之間，6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(fā)生溫升報警的牽引電機經(jīng)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(tài)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(nèi)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(nèi)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(nèi)圈狀態(tài)良好無發(fā)熱變色現(xiàn)象。

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

4 原因分析

4.1 造成溫升報警的因素

根據(jù)發(fā)生溫升報警的6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場分解檢查情況及HXD2B型機車驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)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(zhì)量

據(jù)統(tǒng)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(shù)量、深度沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，只是憑工作者手感及經(jīng)驗進行判斷，這勢必會影響到軸承的檢修質(zhì)量。

4.1.2 潤滑系統(tǒng)品質(zhì)

傳動端軸承潤滑是通過齒輪箱油在齒輪旋轉(zhuǎn)、嚙合的過程中，齒輪油通過油孔循環(huán)潤滑來冷卻軸承。通過對發(fā)生溫升報警的3臺驅(qū)動裝置分解發(fā)現(xiàn)齒輪箱潤滑油較臟，齒輪箱底部沉淀有黑色粉末狀物質(zhì)，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(yán)重超標(biāo)，金屬磨屑是在主、從齒輪嚙合過程中齒輪互相間的研磨產(chǎn)生的。在循環(huán)潤滑過程中金屬磨屑會進入軸承內(nèi)部，導(dǎo)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(dǎo)致進油不暢軸承不能及時冷卻。

4.1.3 電機組裝質(zhì)量

電機組裝時的軸承自由間隙、軸承組裝后的游隙，內(nèi)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(zhuǎn)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(fā)生溫升報警的7臺機車運行速度在（116～118）km/h之間，持續(xù)高速運行條件下，牽引電機軸承的溫度上升過快導(dǎo)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(huán)境惡劣，負(fù)載大，主、從動齒輪的嚙合及電機軸承的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生很大的熱量，相比牽引電機非傳動端軸承易發(fā)生溫升報警的現(xiàn)象。

4.1.5 牽引電機軸承溫度監(jiān)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(shù)規(guī)范及《HXD2B型電力機車總體技術(shù)規(guī)范》（TJ/ JW 009-2014）相關(guān)規(guī)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(tǒng)走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)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(zhuǎn)向架環(huán)溫的差別，各牽引電機軸承檢測點是否“背風(fēng)”，對溫升的大小也有一定的影響。

4.2 初步原因

通過現(xiàn)場分解檢查、走行部車載監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)等情況的綜合分析，初步認(rèn)為造成軸承溫升報警的主要因素是軸承本身質(zhì)量狀態(tài)、油潤系統(tǒng)品質(zhì)、牽引電機軸承溫度監(jiān)測方式及報警限值。主要內(nèi)因是輪對、電機經(jīng)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(chǎn)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(dǎo)致軸承滾柱、內(nèi)套損傷，在較高速度持續(xù)運行條件下，運行品質(zhì)較差的軸承溫度升高就相對較快，進而發(fā)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(yù)防措施

5.1 完善檢修標(biāo)準(zhǔn)、確保軸承源頭檢修質(zhì)量

二年檢檢修單位應(yīng)聯(lián)合牽引電機設(shè)計制造單位細(xì)化牽引電機軸承內(nèi)外圈滾道、滾子目視檢測標(biāo)準(zhǔn)，對磨傷、劃痕等缺陷制定更加嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)規(guī)范》要求，共同摸索開展和諧型機車牽引電機軸承動態(tài)檢測工作，確保源頭檢修質(zhì)量可靠。

5.2 提高管理要求，確保驅(qū)動裝置運轉(zhuǎn)狀態(tài)

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

（2）驅(qū)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(zhì)量，組裝時嚴(yán)格按工藝要求檢測配件，確保組裝尺寸在規(guī)定范圍內(nèi)。

（3）牽引電機組裝、齒輪箱組裝時，嚴(yán)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(zhì)溢入齒輪箱油，污染潤滑系統(tǒng)。

5.3 精心維護保養(yǎng)，確保齒輪潤滑系統(tǒng)品質(zhì)

《HXD2B型驅(qū)動裝置檢修保養(yǎng)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(chǎn)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(zhì)量，來判斷驅(qū)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(yán)格，為確保二年檢后齒輪箱潤滑油的品質(zhì)，盡量要做到：

5.3.1 適當(dāng)提前首次換油周期

和諧型機車二年檢或臨時更換驅(qū)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(guān)注油質(zhì)

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(zhì)的檢查，油質(zhì)應(yīng)無明顯的渾濁狀態(tài)。

5.3.3 科學(xué)進行取樣化驗

和諧型機車齒輪箱油化驗取樣時，應(yīng)從放油堵處抽取。抽取油樣時機為機車運轉(zhuǎn)回庫后30 min～1 h內(nèi)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(tài)，安裝時要清潔磁性螺堵，按規(guī)定力矩進行緊固。積累化驗數(shù)據(jù)，分析驅(qū)動單元磨損趨勢。

5.3.4 做好換輪后重新?lián)Q油工作

日常更換驅(qū)動裝置后，要重新開始計算該驅(qū)動裝置的換油周期。

5.3.5 做好齒輪箱油質(zhì)量控制

嚴(yán)格按照《HXD2B型機車驅(qū)動裝置維護保養(yǎng)手冊》提供的潤滑油牌號進行采購，同時按規(guī)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(zhì)混入。

5.4 開展和諧機車部件磨損規(guī)律及壽命管理研究

二年檢承修單位應(yīng)做好牽引電機檢修時主動齒輪、軸承部件更新數(shù)據(jù)的積累，詳細(xì)記錄部件編號、、累計走行公里、報廢原因，對典型的故障應(yīng)留存照片記錄或?qū)嵨锇咐?，摸索和諧機車部件磨損規(guī)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(jiān)測方式及報警限值

5.5.1 調(diào)整軸承溫度報警限值

牽引電機軸承溫度監(jiān)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(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件【TJ/ JW 001F-2014】《6A系統(tǒng)機車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)一技術(shù)條件》中5.3.1.4診斷報警標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“溫度報警參照TB/T 3057-2002中的規(guī)定執(zhí)行，其中交流傳動機車異步牽引電機軸承溫度報警限值應(yīng)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(fā)的情況，機車制造廠、牽引電機制造單位及6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)共同對相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，結(jié)合HXD2B型機車驅(qū)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(chǔ)上，考慮適當(dāng)調(diào)整報警限值。

5.5.2 深入研究監(jiān)測方式

走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)在機車前后轉(zhuǎn)向架各設(shè)置一個環(huán)溫傳感器，各監(jiān)測點溫度與環(huán)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(tǒng)即發(fā)出溫升報警提示。6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析顯示HXD2B型機車前后轉(zhuǎn)向架環(huán)溫值差距較大，環(huán)溫較小的轉(zhuǎn)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(fā)生溫升報警。機車運用檢修單位及走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)供應(yīng)商要組織力量深入研究溫度監(jiān)測方式，確保監(jiān)測結(jié)果的真實準(zhǔn)確性。

6 結(jié)束語

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

[1]鐵總運〔2014〕208號《中國鐵路總公司關(guān)于印發(fā)<中國機車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD系統(tǒng)）總體暫行技術(shù)規(guī)范>等12項標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件的通知》[S].

[2]【TJ/JW 009-2014】《HXD2B型電力機車總體技術(shù)規(guī)范》[S].

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

責(zé)任編輯：王華 宋立成

來稿日期：2015-02-09