HXD2B型机车牵引电机轴承温升报警分析及预防措施

2015-03-23温世湖上海铁路局机务处

上海铁道增刊 2015年1期

关键词：齿轮箱温升B型

温世湖上海铁路局机务处

温世湖上海铁路局机务处

针对HXD2B型机车牵引电机传动端轴承温升报警情况，从结构特点、6A系统数据、分解检查、检修作业、诊断方式及报警限值等方面入手进行深入分析，并结合现行检修经验及管理要求提出相应的预防措施，对日常检修维护工作有一定的借鉴作用。

驱动装置；轴承；温升报警；报警限值

为提高机车防范安全事故的能力，我局组织对HXD2B型机车加装了6A系统，实现了空气制动安全监测、防火监控、高压绝缘检测、走行部故障监测、自动视频监控及记录功能，对机车运行过程中危及行车安全的重要事项、重点部件和部位进行实时监控。2014年11月中旬以来，HXD2B型机车相继发生7台牵引电机传动端轴承温升报警，对机车检修及运用带来不良影响。

1 HXD2B型机车驱动装置及故障诊断介绍

1.1 HXD2B型机车驱动装置

驱动单元是机车走行部最关键的部件之一，它是实现电机输出转矩传递轮对的装置。HXD2B型机车有6组相同的驱动单元，每个转向架由三组相同的驱动单元组成（如图1）。每套驱动单元采用一级圆柱直齿齿轮传动，把牵引电机输出的扭矩通过主动齿轮和从动齿轮传递给轮对，实现轮对产生牵引力；相反，也可以把轮对的动能由从动齿轮传递给主动齿轮，使牵引电机产生电制动扭矩，实现电制动。驱动单元采用全封闭式传动齿轮箱，它与抱轴承箱、牵引电机通过螺栓联结。齿轮采用飞溅润滑，齿轮、抱轴承箱齿侧轴承和电机齿侧轴承共用齿轮箱油润滑。

1.2 走行部故障监测子系统测点布置

HXD2B型机车6A系统走行部故障监测子系统可以实现对机车走行部轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴轴承、传动齿轮及轮对踏面的动态安全监测。该子系统在每个驱动单元上设置6个测点，每个测点安装1个同时检测温度、振动与冲击的复合传感器。测点位置如图2，传感器定义为从齿轮箱所在端开始，依次为：1位-齿端轴箱轴承座；2位-齿端电机轴承座；3位-齿端抱轴轴承座；4位-非齿端抱轴轴承座；5位-非齿端电机轴承座；6位-非齿端轴箱轴承座。

图1 HXD2B型机车驱动装置说明：1-齿轮箱；2-主动齿轮；3-从动齿轮；4-交流牵引电机；5-抱轴承箱组装；6-电机悬挂和防落系统

图2 HXD2B型机车6A系统走行部故障监测子系统测点布置

2 温升报警情况

2014年11月中旬以来，HXD2B型机车相继发生7台牵引电机传动端轴承温升报警，统计情况见表1。

表1 HXD2B型机车牵引电机传动端轴承温升报警统计表

发生温升报警时，机车速度均在（116～118）km/h之间，6A系统数据分析显示，HXD2B-0075机车第4位最高温度为

73℃，温升58 K,其余机车最高温度65℃，最大温升56 K，报警位轴承均无特征明显的故障冲击信息。发生温升报警的牵引电机经二年检检修后装车，二年检后平均走行24 834 km，其中最大的为HXD2B-0030机车57 664 km、最小的为HXD2B-0088机车1 468 km，总运行公里均为约（60×104）km。

3 分解检查情况

对HXD2B-0075、0088、0110、0030四台机车的温升报警牵引电机进行了分解检查，分解检查情况为：

（1）主动及从动齿轮状态正常，接触面无明显的拉伤、变色。HXD2B-0075、0088、0030三台机车齿轮箱内润滑油较脏，金属磨屑较多，HXD2B-0075机车齿轮箱的底部及磁堵上有铁屑及棉状物。

（2）传动端轴承组装游隙，组装后轴向游隙、组装后对地绝缘、入厂例行试验均符合要求。

（3）HXD2B-0075机车拆解的轴承滚柱表面有3处月牙型手感压痕及6处轻微手感划痕，轴承内圈有一处约0.8cm长轻微手感划痕。其余3台机车拆解的轴承部分滚柱有轻微划痕，轴承内圈状态良好无发热变色现象。

（4）对HXD2B-0088机车第5位齿轮箱油进行取样化验，化验结果显示金属颗粒磨屑严重超标。

4 原因分析

4.1 造成温升报警的因素

根据发生温升报警的6A系统数据分析、现场分解检查情况及HXD2B型机车驱动装置结构特点分析，造成温升报警的因素可能有以下几个方面：

4.1.1 轴承本身质量

据统计，在二年检牵引电机检修过程中牵引电机传动端轴承的报废率约30%，报废的主要原因是轴承滚子、滚道拉伤及划痕。目前牵引电机轴承的主要检修方式是清洗、目测，但是对轴承滚子、滚道划痕的数量、深度没有具体标准，只是凭工作者手感及经验进行判断，这势必会影响到轴承的检修质量。

4.1.2 润滑系统品质

传动端轴承润滑是通过齿轮箱油在齿轮旋转、啮合的过程中，齿轮油通过油孔循环润滑来冷却轴承。通过对发生温升报警的3台驱动装置分解发现齿轮箱润滑油较脏，齿轮箱底部沉淀有黑色粉末状物质，齿轮箱放油堵磁性螺堵吸附金属磨屑。对HXD2B-0088第五位齿轮箱润滑油脂进行化验表明润滑油金属颗粒磨屑严重超标，金属磨屑是在主、从齿轮啮合过程中齿轮互相间的研磨产生的。在循环润滑过程中金属磨屑会进入轴承内部，导致轴承滚子、滚道损伤。如果在进油口汇聚较多的金属磨屑会导致进油不畅轴承不能及时冷却。

4.1.3 电机组装质量

电机组装时的轴承自由间隙、轴承组装后的游隙，内套、主动齿轮安装时的平行度，轴承套与轴承安装的过盈量，电机组装时端盖组装间隙，转子的动平衡等均会影响电机的振动量，振动大会影响温升。

4.1.4 机车及牵引电机运行工况

发生温升报警的7台机车运行速度在（116～118）km/h之间，持续高速运行条件下，牵引电机轴承的温度上升过快导致部分电机轴承温升达到报警限值。牵引电机传动端轴承工作环境恶劣，负载大，主、从动齿轮的啮合及电机轴承的转动产生很大的热量，相比牵引电机非传动端轴承易发生温升报警的现象。

4.1.5 牵引电机轴承温度监测方式及报警限值

查阅《大功率交流传动六轴（9600 kW）货运电力机车采购合同》技术规范及《HXD2B型电力机车总体技术规范》（TJ/ JW 009-2014）相关规定，HXD2B型机车牵引电机传动端轴承温升限值是80 K，而HXD2B型6A系统走行部故障监测子系统的温升报警限值是55 K，两者相比较，报警条件较为苛刻。此外，机车运行时前后转向架环温的差别，各牵引电机轴承检测点是否“背风”，对温升的大小也有一定的影响。

4.2 初步原因

通过现场分解检查、走行部车载监测装置数据等情况的综合分析，初步认为造成轴承温升报警的主要因素是轴承本身质量状态、油润系统品质、牵引电机轴承温度监测方式及报警限值。主要内因是轮对、电机经过二年检重新组装后，绝大部分主、从动齿轮非配对组装，主、从动齿轮副开始新的啮合磨合过程，初期啮合阶段产生大量的金属磨屑，由于HXD2B型机车主、从动齿轮、牵引电机轴承共用齿轮箱油润滑，金属磨屑会随着油进入轴承，导致轴承滚柱、内套损伤，在较高速度持续运行条件下，运行品质较差的轴承温度升高就相对较快，进而发生温升报警；主要外因是HXD2B型机牵引电机传动端轴承55 K的温升报警限值与采用油润滑方式的牵引电机传动端轴承80 K的温升限值相比较，诊断报警条件较为苛刻。

5 预防措施

5.1 完善检修标准、确保轴承源头检修质量

二年检检修单位应联合牵引电机设计制造单位细化牵引电机轴承内外圈滚道、滚子目视检测标准，对磨伤、划痕等缺陷制定更加严格的判断标准，存在缺陷部件报废时，须成套更新轴承。另外要参照《轴承检修技术规范》要求，共同摸索开展和谐型机车牵引电机轴承动态检测工作，确保源头检修质量可靠。

5.2 提高管理要求，确保驱动装置运转状态

（1）驱动装置检修时，应坚持主动齿轮、从动齿轮配对使用的原则，即轮对驱动装置分解检修后，轮对与主动齿轮原拆原装。

（2）驱动装置检修时，须保证齿轮箱、主、从动齿轮、轴承、齿轮箱油的清洁度，确保检修质量，组装时严格按工艺要求检测配件，确保组装尺寸在规定范围内。

（3）牵引电机组装、齿轮箱组装时，严格控制各种密封胶、密封剂使用，按照工艺要求进行适量涂抹，防止过多的密封胶等物质溢入齿轮箱油，污染润滑系统。

5.3 精心维护保养，确保齿轮润滑系统品质

《HXD2B型驱动装置检修保养手册》提出新机车或新轮对首次跑合（2.5×104）km时换齿轮油，清除磨合期产生的微小磨损微粒和残留物，每运行（10×104）km时从齿轮箱取油样进行化验，通过分析油品质量，来判断驱动装置润滑情况，每运行（20×104）km时更换齿轮油。可见齿轮箱润滑油的维护要求很严格，为确保二年检后齿轮箱润滑油的品质，尽量要做到：

5.3.1 适当提前首次换油周期

和谐型机车二年检或临时更换驱动装置后的的初次换油周期可考虑选择在机车运行（5 000～15 000）km之间。

5.3.2 日常密切关注油质

日常要通过油位观察窗，在检查油位的同时注重对齿轮箱油质的检查，油质应无明显的浑浊状态。

5.3.3 科学进行取样化验

和谐型机车齿轮箱油化验取样时，应从放油堵处抽取。抽取油样时机为机车运转回库后30 min～1 h内抽取。抽取油样时要将放油堵周围擦拭干净，观察磁性螺堵吸附的金属屑状态，安装时要清洁磁性螺堵，按规定力矩进行紧固。积累化验数据，分析驱动单元磨损趋势。

5.3.4 做好换轮后重新换油工作

日常更换驱动装置后，要重新开始计算该驱动装置的换油周期。

5.3.5 做好齿轮箱油质量控制

严格按照《HXD2B型机车驱动装置维护保养手册》提供的润滑油牌号进行采购，同时按规定进行储存，开封的齿轮箱油要做好密封防护措施，防止失效、杂质混入。

5.4 开展和谐机车部件磨损规律及寿命管理研究

二年检承修单位应做好牵引电机检修时主动齿轮、轴承部件更新数据的积累，详细记录部件编号、、累计走行公里、报废原因，对典型的故障应留存照片记录或实物案例，摸索和谐机车部件磨损规律，开展寿命管理研究。

5.5 进一步研究牵引电机轴承温度监测方式及报警限值

5.5.1 调整轴承温度报警限值

牵引电机轴承温度监测报警分为温升报警及绝对温度报警两种方式。中国铁路总公司发布的标准性技术文件【TJ/ JW 001F-2014】《6A系统机车走行部故障监测子系统一技术条件》中5.3.1.4诊断报警标准规定“温度报警参照TB/T 3057-2002中的规定执行，其中交流传动机车异步牵引电机轴承温度报警限值应符合TB/T 3315-2013中的5.4.5的要求：脂润滑方式温升≤55 K，油润滑方式温升≤80 K，轴承允许最高温度≥120℃”。针对目前HXD2B型机车牵引电机传动端轴承温升报警多发的情况，机车制造厂、牵引电机制造单位及6A系统走行部故障监测子系统供应商应共同对相关数据进行统计、分析，结合HXD2B型机车驱动装置特点及运输牵引要求，在目前温升报警限值≤55 K的基础上，考虑适当调整报警限值。

5.5.2 深入研究监测方式

走行部故障监测子系统在机车前后转向架各设置一个环温传感器，各监测点温度与环温传感器温度进行比较得出各测点的温升值，这个值达到或超过温升报警限值时6A系统即发出温升报警提示。6A系统数据分析显示HXD2B型机车前后转向架环温值差距较大，环温较小的转向架所承载的牵引电机传动端轴承温升就相对较高，易先发生温升报警。机车运用检修单位及走行部故障监测子系统供应商要组织力量深入研究温度监测方式，确保监测结果的真实准确性。