恩德平

（同煤集團四臺礦運輸隊，山西 大同 037037）

1 礦用電機車結(jié)構(gòu)分析

礦用電機車按供電方式可分為架線式電機車與蓄電池式電機車兩種，主體結(jié)構(gòu)由機械裝置和電氣系統(tǒng)組成。煤礦采用的電機車使用直流串激牽引電動機以提高機車牽引力，保證其一次貨運量，且結(jié)構(gòu)簡單、后期維修成本偏低，在軌道上可以維持約26 km/h 的運行速度；操作簡單，只需要一名操作者，不需要額外配置輔助司機；對自然環(huán)境適應(yīng)性好，且使用電作為能量來源，不會污染工作環(huán)境，有助于改進(jìn)操作者的工作環(huán)境，杜絕設(shè)備的空氣排放，可增強運營安全性[1-3]。

2 礦用電機車常見故障

目前，礦用電機車運行環(huán)境相對較差，電力網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)定、變化大，供電線路不平順，造成受電弓和電網(wǎng)接觸間隙變化頻繁；軌道所處地面不平整，鋼軌接頭縫隙不均勻，造成回饋電阻變大和輪軌間沖擊增加，電力輸送距離遠(yuǎn)，供電系統(tǒng)電阻大，造成遠(yuǎn)端電壓偏低，且無電區(qū)多；電機車和車斗之間無緩沖裝置，由于井下煤巷的截面限制采用窄軌，井下作業(yè)的管理松懈，超載運輸比較普遍，電機車啟動、制動頻繁，加大了車輛內(nèi)部及輪軌間的機械碰撞沖擊[3]。礦用電機車故障主要分為電氣系統(tǒng)故障和機械系統(tǒng)故障，其故障如圖1 所示。

礦用電機車常見的機械故障表現(xiàn)為：制動系統(tǒng)動作不靈活，制動距離過長，也存在制動失靈的現(xiàn)象；傳動系統(tǒng)異響，電機扭矩突然增大，機車無法正常運行；軸承溫度過高、異?？?，甚至出現(xiàn)與軸頸脫離的問題；車輛在運行中脫線。

礦用電機車常見的電氣故障表現(xiàn)為：合閘后自動跳閘；合閘后機車不能正常啟動；機車啟動后加速度異常，出現(xiàn)過快或過慢的問題；機車換向不良，或者無法換向；電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩下降。

圖1 礦用電機車故障

3 機械故障分析及處理方法

1）制動反應(yīng)時間過長問題主要由于閘瓦磨損后與車輪踏面間隙過大，和制動轉(zhuǎn)軸銷存在缺失及過渡磨損，必須調(diào)整閘瓦和車輪踏面間隙，減少制動空行程，及時更換制動銷和閘瓦，并調(diào)整閘瓦和踏面的間隙和角度；車輛運行速度高，且存在超載問題也會導(dǎo)致制動距離變長，必須進(jìn)行科學(xué)管理，預(yù)防超載才能預(yù)防該問題發(fā)生；傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作性差，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)以提高其安全性，設(shè)置液壓儲能機構(gòu)，將制動產(chǎn)生能量存儲液壓系統(tǒng)的儲能器。如圖2 所示，車輛制動或下坡時將動能轉(zhuǎn)換成壓力存儲起來備用。

圖2 制動再生儲能示意圖

2）傳動系統(tǒng)發(fā)生齒輪磨損或斷齒，造成輪齒嚙合效果不好，主要原因歸納為制造裝配不良、運營載荷過大和復(fù)雜工況下的金屬疲勞[4]。因此必須提高制造精度、改進(jìn)裝配工藝和控制運輸過程的過載問題，降低對傳動系統(tǒng)的沖擊，并且設(shè)計新的傳動系統(tǒng)，增加其疲勞強度，采用錐齒輪-行星齒輪二級傳動結(jié)構(gòu)，如圖3 所示，可減小機構(gòu)箱體體積、增大傳動比、提高傳動效果和增強傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖3 錐齒輪-行星輪系傳動簡圖

3）軸承發(fā)生故障會產(chǎn)生安全隱患，不及時處理會造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失。造成軸承故障的主要原因是潤滑油不足、軸承組裝間隙過大或過小及長時間過載，在長時間運營狀況下，出現(xiàn)滾道和滾動體表面剝離和異常磨損，載荷過大或意外沖擊時會產(chǎn)生局部塑性變形，形成凹痕或劃痕，繼續(xù)發(fā)展會引起斷裂。軸端密封失效或意外發(fā)生水分進(jìn)入軸箱體，會造成軸承表面銹蝕，并產(chǎn)生金屬表面電蝕。在高速重載的運行時，軸承會發(fā)熱膨脹，產(chǎn)生金屬膠合現(xiàn)象，并引發(fā)保持架損壞。為避免軸承發(fā)生故障，設(shè)計選型時充分考慮各種運營工況，給定合理的徑向間隙和軸向間隙，裝配過程中進(jìn)行多點測量。由于軸承損壞前振動會出現(xiàn)異常，在軸向底部設(shè)置振動傳感器，提前預(yù)報故障類型，防止問題發(fā)展，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

4）在運營中也會發(fā)生車輛脫線問題。造成脫線的原因為：輪對輪對定位裝置故障，失去對車輛的約束；車輛過載造成軌道間距逐漸增大；道床不平順，外側(cè)軌道超高也會造成車輛脫線。因此必須定期對車輛定位裝置進(jìn)行檢查，防止出現(xiàn)螺栓松動，定期測量軌道內(nèi)距和外軌加高值，并進(jìn)行調(diào)整。

4 電氣故障分析及處理方法

圖4 軸承振動監(jiān)測示意圖

造成開關(guān)跳閘原因是靜觸頭等部位接地，電路絕緣層老化擊穿接地引起過電流，IGBT 模塊損傷。電機車無法啟動原因為電網(wǎng)和電弓斷路，控制器導(dǎo)通存在部分?jǐn)嗦?，調(diào)速器不能收到接收到系統(tǒng)指令，電動機通電線路局部斷路。換向器故障原因是換向極氣隙不均勻，表面粗糙度差，存有污垢，換向片間云母絕緣突出等問題。電機啟動不正常的原因歸納為運行過載造成的短路，觸點接頭或接線端子由于振動松脫，電機因長期未清理灰塵積累造成線圈繞組過熱，引起絕緣老化。

為了降低電氣系統(tǒng)故障，必須做好日常的檢查和保養(yǎng)，并檢查踏面的異常損耗，防止異常振動加劇電氣系統(tǒng)的損傷。電機車采用新的電氣系統(tǒng)，采用無整流子的鼠籠式異步牽引電動機，消除原有結(jié)構(gòu)帶來的環(huán)火、易磨損問題，減少故障率，延長維修間隔，提高使用壽命。采用自動控制模式，采用軟啟動進(jìn)行無極牽引，并實現(xiàn)制動電能反饋，與手制動互相作用，提高停車安全性。