HXD2B型机车典型故障原因分析与整改措施

2016-03-21孙钦友胡惠伟

轨道交通装备与技术 2016年2期

关键词：闸瓦充电机踏面

袁慧孙钦友胡惠伟

(1.上海铁路安全监督管理办公室驻徐州机务段机车验收室江苏徐州 221007；2.上海铁路局徐州机务段技术科江苏徐州 221007)

HXD2B型机车典型故障原因分析与整改措施

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(1.上海铁路安全监督管理办公室驻徐州机务段机车验收室江苏徐州 221007；2.上海铁路局徐州机务段技术科江苏徐州 221007)

对HXD2B型机车运用中出现的轮对剥离、牵引电机隔离、主变流柜慢性放电电阻烧损等典型故障进行了简要分析，提出了具体的整改措施和建议。

轮对剥离；牵引电机隔离；主变散热器脏堵；蓄电池亏电

徐州机务段自2011年5月开始陆续临时支配HXD2B型机车，到2012年初共45台，此后机车数量保持不变；截止2014年底，HXD2B型机车总走行里程已达2 402万km，单机最高走行里程为64万km，二年检机车17台,主要担当徐州北至连云港云台山的货运任务。

1 故障统计

HXD2B型机车投入运用后，质量问题逐渐暴露出来，2012-2014年重要故障合计914件(见表1)。2014年高压电器、低压电器、电子电路、制动机等部位的故障件数比2013年明显下降[1-2]，但轮对故障件数逐年增加，从近3年统计数据看，轮对故障约占重要故障总数的64%，其主要故障类型包括踏面剥离、踏面磨耗、轮缘近限(轮缘偏磨、掉块、卷边)、轮径到限[3]等(见表2)。2014年轮径到限数量增加，主要原因是剥离、磨耗、擦伤导致的轮对镟修频繁。

表1 HXD2B型机车主要故障统计表 /件

表2 HXD2B型机车轮对故障类型统计表 /件

2 典型故障分析

2.1 轮对故障

(1)故障原因

①闸瓦材质。HXD2B型机车闸瓦是不含石棉的合成闸瓦，最高工作温度为350 ℃。合成闸瓦在强力摩擦时会产生高热，存在热衰退、热龟裂问题。HXD2B型机车在该段运用以来，闸瓦断裂、掉块现象经常发生，而同期采用单元制动器踏面闸瓦制动方式的DF11、DF11G型机车并无闸瓦裂损、掉块现象，说明该型机车闸瓦材质尚不能满足HXD2B型机车制动热负荷的强度要求。

②闸瓦结构。DF11、DF11G型机车闸瓦采用组合式闸瓦，每块闸瓦由3小块组合而成，每小块之间具有垃圾沟，既可以疏导摩擦产生的磨粒，又利于散热。HXD2B型机车闸瓦是整体的，没有垃圾沟，金属磨屑不易排出，易形成金属夹杂物，拉伤轮对踏面。另外，DF11、DF11G型机车采用双侧踏面制动，HXD2B型机车采用单侧踏面制动。在相同的制动功率下，采用双侧踏面制动，轮对与闸瓦的摩擦面积成倍地加大，可以显著地降低摩擦面的温度，避免闸瓦强度的降低。

③制动机故障。HXD2B型机车制动系统故障比较突出，主要是单独制动阀、自动制动阀制动后不缓解问题。闸瓦不缓解或机车电制动异常、高速时自动实施空气制动，产生大量制动热量，造成轮对踏面拉伤、剥离。

④轮对硬度。据轮对镟修工反映，HXD2B型机车轮对硬度比DF11、DF11G型机车的低，容易车削。HXD2B型机车轮对轮缘卷边、掉块现象比较突出，也说明了该轮对材质较软。当机车制动时，闸瓦与轮对踏面间的硬物可能拉伤轮对，脱落的金属在制动力作用下堆积、发热，金属堆积物硬度更大，拉伤轮对，使轮对踏面形成环形沟。

⑤砂子质量。HXD2B型机车撒砂阀(管)经常因为砂子潮湿板结而堵塞，在机车需要撒砂防滑时无法撒砂，轮对空转打滑引起踏面擦伤。

(2)解决措施

①改进闸瓦材质与结构。借鉴DF11、DF11G型机车合成闸瓦的经验，研制新型HXD2B型机车专用合成闸瓦，进一步改进材质，提高闸瓦的抗热衰性能、机械强度等。采用带垃圾沟的组合式闸瓦，将金属磨屑、剥离碎片及时排出。

②尽量使用电制动，低速停车时再实施空气制动。HXD2B型机车具有恒制动力的电制动特性，每个制动级位对应着1个固定的电制动力值，但不超过该速度下的最大电制动力。HXD2B型电力机车制动控制原则：优先使用电制动，运行速度在3 km/h以下时释放电制动，加入空气制动。该段机车司机大多是内燃机车司机出身，对新型电力机车制动机性能不了解，单机运行或调车时，司机习惯使用空气制动调速。若机车在高速运行时加入空气制动，将产生大量的制动热量，引起踏面制动热剥离。因此，应改变操纵习惯，优先使用机车电制动，尽量不用单独制动阀调速。

③提高轮对踏面硬度。轮对镟修时注意进刀量不要大，做到轮对踏面光洁、粗糙度符合规定。建议在镟轮后，对踏面进行滚压处理，进一步提高轮对踏面硬度和光洁度。

④改进砂子质量。采购质量合格的优质石英砂，并对机车用砂进行过筛、干燥处理[2]，防止砂子中泥土含量超标引起的砂子板结。

⑤注意闸瓦更换问题。更换闸瓦时，调整间隙4～6 mm，清除附着在闸瓦上的杂物。

2.2 牵引电机隔离故障

2.2.1 功率模块故障

(1)故障原因：①牵引功率模块质量不好；②辅助变流器功率模块控制板接线高压保护套内的电缆接头与1条隔离的母排互相接触，2个绝缘材料间的空气间隙过小，出现局部放电现象；③在夏季，辅助变流柜采用外通风模式，动力间因负压进水，经柜体孔洞流到逆变器模块上，导致功率模块故障。

(2)解决措施：①牵引功率模块更换为新型装有KE3IGBT的模块；②对辅助变流器功率模块控制板接线进行绑扎固定，避免隔离电缆接头与隔离母排互相接触；③填堵辅助变流柜电机风机罩的孔洞，防止进水，如图1所示。

图1 辅助变流器功率模块控制板接线整改方案

2.2.2 主变压器散热器脏堵

(1)故障原因：春末夏初，杨柳飞絮堵塞主变压器散热器，造成复合冷却器柜内热量无法排除，牵引变流器冷却水散热器温度达到警戒值，牵引变流器隔离，造成相应的电机隔离。由于机车复合冷却散热器柜门固定螺栓有18个，拆装麻烦，同时散热器安装位置处在一个封闭空间，清除杂物十分困难，保养不便。

(2)解决措施：对复合冷却器柜门进行改造，在原柜门上开小门，小门带折页和锁扣，并安装透明玻璃观察窗(见图2)；同时在冷却器上方加装空气滤网(见图3)，对空气中的灰尘、柳杨絮等异物进行过滤。

图2 改造后的复合冷却器散热器柜门

图3 空气滤网

2.3 主变流柜慢性放电电阻烧损

(1)故障原因：①对地放电形成短路。雨水和空气一起经风冷通道流入，中间电路直流正极因雨水的连续流淌，导致和箱体间产生短路电流，烧毁放电电阻电缆(横截面积2.5 mm2)；②不同电位间形成回路。雨水和空气一起经风冷通道流入，因雨水的连续流淌，导致中间电路直流正极和二次滤波电容正极间被雨水连接，使二次滤波电容通过横截面积为4 mm2的电缆向逆变模块供电，温升过高烧毁电缆绝缘层。

(2)解决措施：改变牵引变流柜慢性放电电阻安装位置，由复合冷却柜内改在主变流器柜内水泵上(见图4)。该方案既不影响机车原电路设计，又不影响慢性放电电阻冷却散热效果。

图4 慢性放电电阻安装在水泵上

2.4 蓄电池充电机二极管故障造成蓄电池亏电

(1)故障原因：充电机三相断路器、隔离二极管、蓄电池充电机线路存在故障。HXD2B型机车在运用中出现一组充电机故障时，DDU屏无故障提示，并且不能自动切换到另一组充电机，导致蓄电池亏电。

(2)解决措施：对充电机三相断路器、隔离二极管、蓄电池充电机线路进行普查整治，及时消除故障隐患。建议厂家增加充电机隔离后DDU屏故障显示及充电机故障后自动转换的功能。

2.5 流量传感器故障导致列车管充不到定压

(1)故障原因：制动系统流量传感器的短路导致电流突升，而该电流通过BCU的模拟量输入板AIX16进入BCU，由于该模拟量输入板同时接收单独制动阀、列车管和均衡风缸压力传感器的信号，当流量传感器的电流过大时，对AIX16板产生了干扰，使得均衡风缸及列车管压力传感器信号产生漂移，BCU检测到该漂移将自动调整，因此产生了波动，导致列车管充不到定压。

(2)解决措施：机车运行中出现此种故障时，转换为备用制动，维持运行。日常加强检测，及时更换故障流量传感器。