SS8型电力机车轴箱轴承滚道电蚀故障原因分析

张建辉

(郑州铁路局 郑州机务段，河南 郑州 450053)

SS8型电力机车轴箱轴承滚道电蚀故障原因分析

张建辉

(郑州铁路局 郑州机务段，河南 郑州 450053)

对郑州机务段2015年7月到2016年7月期间的SS8型电力机车轴箱轴承滚道电蚀故障进行汇总，从接地装置作用原理入手，进行数据对比计算分析，找出故障原因并制定改进措施。

SS8型电力机车；轴承滚道电蚀；接地装置原因分析；措施

郑州铁路局郑州机务段1999年9月开始批量配属运用SS8型电力机车，目前共有54台。在2015年7月到2016年7月期间，SS8型机车因各种原因发生轴承故障共17件，其中由于轴承电蚀造成的故障10件，占总数的58.8%，给机车的安全运行带来了隐患，造成了较大的经济损失。因此，需要研究分析故障原因，提出相应的预防措施，以提高机车运行的可靠性和稳定性。以下从轴箱轴承接地装置开始进行分析。

1 接地装置的工作原理与故障概况

SS8型机车轴箱轴承接地装置是仿制日本川崎重工的6K型电力机车的接地装置，按国内机车的工作环境与运用特点进行了部分改进，具有拆装维修方便，接地电阻稳定可靠的优点。

当轴箱轴承接地装置工作正常时，机车在运行时产生的接地电流通路为：车体→转向架框架→软编线→轴箱盖→电刷箱→电刷→铜轴→挡板→车轴→轮辐→钢轨→大地。轴箱轴承接地装置工作不良时，其接地电流通路为：车体→转向架框架→轴箱体→轴承→车轴→轮辐→钢轨→大地。此时，接地电流在旋转的轴承滚道和滚动体的接触部分流动时，通过薄薄的润滑油膜发出火花，其表面出现局部的熔融和凹凸现象，逐渐积累，最终在轴承的滚道和滚动体表面形成电蚀损伤，严重时会造成轴承烧损。

郑州机务段自2015年以来发生多起轴箱轴承电蚀故障，由于机车安装有车载走行部报警系统，所以电蚀故障在发生初期就能被发现，很少能发展成轴承外环内圈呈搓板状的情况，但仍对机车的安全运行造成了隐患，并且会造成严重的经济损失。

2 接地装置分解检查及参数分析

通过对发生轴承电蚀故障的机车轴头接地装置的解体检查，发现其中的接地碳刷都发生了不同程度的破损与变形，有些是接地线断股，有些是碳刷掉块，有些是碳刷端面异常磨耗。针对这一发现，进行了进一步的分析。

在54台SS8型电力机车中，52台经过2次厂修，返段检查时，发现各厂家所安装的轴头接地装置有所不同，存在3种接地碳刷型号，KDJ164型长度为60 mm，JH64型长度分别为45 mm、35 mm两种，除长度外其他参数皆相同。

由于HJ64型长度稍短，价格相对便宜，并且3种型号的接地碳刷有效磨耗长度相同，皆为12 mm，故在机车厂修中将接地碳刷由KDJ164型更换为HJ64型后，我们也继续使用。但通过对发生轴箱轴承电蚀故障的机车进行统计分析发现，经过厂修，并且更换过接地碳刷型号的机车，发生轴箱轴承电蚀故障的比率较高，所以，我们对其原因进行了深入分析。

原设计接地碳刷弹簧为圆锥螺旋压缩弹簧，由于其类型特性，该弹簧在承受载荷后，弹簧从大圈开始逐渐接触，其工作圈数逐渐减少，刚度则逐渐增大，到所有弹簧圈完全压并为止。所以，该弹簧形式有利于防止共振的发生，同时中心稳定性较好。其材质为奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9)，具有较好的机械强度和高延伸性，易于部件的加工制造，同时耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀。

设计参数：展开长度为1 650 mm；旋向为右旋；圈数为10圈；有效圈数为7圈；自由高度为170 mm；工作高度为56 mm；弹簧工作压力为40 N。

力学性能：抗拉强度σb(MPa)≥520；条件屈服强度σ0.2(MPa)≥205；伸长率δ5(%)≥40；断面收缩率ψ(%)≥60；硬度≤187 HB，≤90 HRB，≤200 HV。

根据胡克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。

F=K*X

式中：F为弹簧的弹力，即弹簧发生形变时对施力物的作用力；K为弹簧的劲度系数；X为弹簧的变形量(挠度值)。

根据上述弹簧参数可得出接地碳刷弹簧的K值,K=F/X=40/(170-56)=0.351 N/mm=351N/m。

原设计接地碳刷长度原形H0=60 mm，到限长度为H1=60-12=48 mm，即安装新接地碳刷时，弹簧挠度为114 mm，磨耗到限后，接地碳刷长度减少12 mm，弹簧在弹性限度内伸长12 mm，弹性挠度减少为102 mm。此时，弹簧压力F’=K*X’=0.351*102=35.8≈36 N，即弹簧压力在36～40 N时，挠度在102～114 mm时，符合设计要求，可保证接地碳刷正常作用。

但是，根据实际调查，现在还有两种型号接地碳刷正在使用，原形长度分别为45 mm和35 mm，磨耗到限深度均为12 mm。根据3种接地碳刷参数和弹簧挠度、劲度系数的关系，计算出弹簧压力值，见表1。

表1 在磨耗限度内三种接地碳刷所承受的弹簧压力值

为了进一步确定接地碳刷长度对碳刷压力的影响，将接地碳刷弹簧在弹簧压力实验机上进行了实验，测得数据如表2。

表2 实测弹簧挠度值与弹簧压力的对应关系

根据表2的数据，做出弹簧挠度值与弹簧压力的对应关系曲线如图1。

图1 弹簧挠度值与弹簧压力的对应关系曲线

由于接地碳刷长度采用45 mm和35 mm时，在弹簧弹性限度内，弹簧作用压力随之下降，负荷公差也随之增大。当负荷公差超出限度范围时，接地碳刷的不稳定性加大。由于弹簧大端靠凸台定位，小端以铰接方式与弹簧端盖(凸轴)和接地碳刷(凹孔)相连接，使用中的固有振动频率随着弹簧压力的下降，挠度的减少，轴向刚度的减小而增加，碳刷弹簧径向激扰随之增加，使得铰接点接触应力变大。由于铰接孔材质为黄铜(软)，弹簧端盖凸轴材质为钢材(硬)，在径向激扰应力作用下，凹孔就会因与凸轴材料的硬度差而磨损变大，铰接点同心度随之遭到破坏，接地碳刷损坏后，接触电阻增大，导致轴承电蚀概率增大。

3 改进措施

在确认轴箱轴承电蚀与所安装接地碳刷型号相关后，我们将全部机车轴箱轴承接地装置进行普查，并将HJ64型接地碳刷统一更换为KDJ164型，同时将情况反映给厂修单位，停止使用HJ64型接地碳刷。

4 结语

通过对SS8型电力机车轴箱轴承电蚀故障情况的调查、统计、分析，发现了接地碳刷与轴承电蚀之间的联系，并及时整改。从2016年8月至2016年12月，郑州机务段SS8型电力机车因各种原因发生轴承故障共11件，其中由于轴承电蚀造成的故障仅1件，轴承电蚀故障率大幅下降，保证了机车的走行部质量稳定，大大节约了成本。

[1]赵叔东.韶山8型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]王敏.HXd1型电力机车轴箱轴承油脂溢析问题分析[J].电力机车与城轨车辆，2017,40(1)：82-84.

[3]刘晖霞，晋军辉，陈喜红，等.33t大轴重机车轴箱轴承的选型分析[J]. 电力机车与城轨车辆，2013，36(5)：31-34.

CauseAnalysisofElectricErosionFaultsofSS8ElectricLocomotiveAxleBoxBearingRaceway

ZHANG Jianhui

(Zhengzhou Railway Bureau Zhengzhou Locomotive Depot Technical department, Zhengzhou 450053,China)

SS8 type electric locomotive Axle box bearing raceway electric erosion faults during July 2015 to July 2016 of Zhengzhou locomotive depot were collected, from the principle of grounding device, comparing, calculating and analyzing the data to find out the cause of the faults and make the improvement measures.

SS8 type electric locomotive; bearing raceway erosion; analysis of grounding device; measures

2017 - 05- 08

张建辉(1980—)，男，河南扶沟人，郑州铁路局郑州机务段技术科工程师，研究方向为机车运用检修。

U264.81+2

B

1008-6811(2017)03-0014-03

赵 伟]