HXD1型机车牵引电机C6修技术研讨

孙 兵, 梁西川, 袁 波, 卢明明

(中车株洲电机有限公司， 湖南株洲 412001)

HXD1系列机车产品型号有HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D,配属全国12个铁路局及神化集团，共计36个机务段。HXD1系列机车所配牵引电机装车及检修情况列表及产品设计参数,见表1、表2。

表1 牵引电机装车检修情况列表

表2 HXD1机车(JD160型)牵引电机设计参数表

1 C6修规程主要项点介绍

C6修以C5修程为基础编制，主要更新件相同：轴承、橡胶件和紧固件等，并新增了传感器更新。

C6修相对于C5修机车运行公里数增加，电机结构件尺寸变形可能性增大，轴承室、轴承档、机座和端盖止口等关键尺寸需要在C6修初期进行测量评估。定子绝缘是否需要重新浸漆和绝缘子是否更换需要在C6修初期进行状态评估。

通过C5修积累数据，判断C6修机车电机的机座和端盖等结构件裂纹或开裂的可能性较小，C6修相关结构件失效检查与C5修相同。C6与C5修主要差异见表3。

表3 HXD1机车电机C6与C5修主要差异项

2 寿命管理

2.1 产品设计寿命

牵引电机各部件设计寿命见表4。

表4 产品设计寿命

牵引电机的寿命主要为绝缘结构寿命，牵引电机属于大功率、中低压电机，热老化是牵引电机绝缘结构老化的最主要因子。绝缘结构热寿命预测如下：

JD160电机运行时平均温升为165 K，以春秋、冬、夏3个时间段进行分类，假设春秋环境平均温度为25℃，冬季温度为15℃，夏季环境温度为35℃，那么春秋、冬、夏3个时间段的运行温度分别为190℃、180℃、200℃，根据阿仑尼乌斯方程，一年以5 000 h时间运行计算，JD160电机定子绝缘运行寿命为约32 a。

=32(a)

轴承寿命主要影响因素为交变载荷和振动。

传感器寿命主要影响因素为振动和交变的温升。

2.2 全寿命周期维护和修理分析

异步牵引电机安装在车体下的转向架上，其工作条件恶劣，主要表现在：

①使用环境恶劣，须承受雨、雪、风、沙等的侵袭；

②要承受来自轮轨的冲击力；

③负载变化大；

④由逆变器供电，电流中含有大量的谐波成分，使得电机发热更厉害，对温升的要求苛刻。

由于运行工作条件和评估工作条件的差异，加上制造检修的偏差，牵引电机的各部件实际使用寿命并不完全等同于设计寿命。如实际运用中轮轨的冲击振动会导致电气连接件的疲劳损伤，降低绝缘结构寿命；而电机内部受污染受潮程度差异较大，绝缘结构的实际寿命会偏离设计寿命。

在坚持以可靠性为中心的维修理论，提高机车运用效率，降低机车全寿命周期费用的方针指导下，总结机车电机运用检修数据，合理分配管理电机各部件寿命。

2.2.1绝缘结构寿命评估

对于HXD1机车牵引电机C6修，寿命管理主要为绝缘结构、轴承和传感器各零部件的寿命管理。

C5修期间，通过对JD160电机实物定子绕组进行剩余击穿电压测试，推算JD160电机主绝缘实际寿命。C6修初期，可进一步进行实物测试，评估定子绝缘实际寿命。通过重新浸漆，可提高定子的防潮防污染能力，一定程度上提升绝缘寿命。

2.2.2轴承寿命评估

轴承设计寿命10年，根据轴承应用经验，一般实际寿命为其2/3，即6年。通过C5修磨损评估和轴承故障状况，可判断轴承寿命能满足100万km的要求。

(1)磨损寿命评估

轴承游隙：通过统计重庆C5修HXD1C机车的12台JD160A电机N端轴承的游隙(见表6)，可以看出轴承磨损量适中，最大游隙为0.197.平均游隙为0.181左右，比设计的最大游隙大20%。

轴承游隙分析：电机新造出厂时，非传动端轴承装配游隙为0.075 5～0.15。按照轴承在正常磨损时，游隙和运行公里数接近线性关系，预测电机轴承正常磨损时，到C5修时(运行至100万km)，轴承游隙不超过0.21属于正常磨损状态。12台C5修电机轴承游隙平均值在0.181，最大值在0.197，属于正常磨损范围,见表5。

表5 12台C5修机车JD160A电机N端轴承游隙 mm

(2)轴承故障状况

整个C5修寿命周期内，某段HXD1机车电机轴承运行平稳，总共出现了9台电机异声落修电机，返厂解体检查未发现轴承剥离或损伤失效。某段共有250×8=2 000台电机，异声故障率低于0.5%。

2.2.3传感器寿命评估

传感器设计寿命20年，设计计算老化主要原因为速度传感器中焊锡部位。通过对前期故障传感器和C6修初期传感器的状态检查，确认实际寿命影响因素，并通过对薄弱部位的剩余寿命推算传感器的实际使用寿命。

某段今年更换2个速度传感器和1个温度传感器，故障率低，属于偶发故障。HXD1系列机车电机在线运行速度传感器平均更换率接近1%，故障统计分析表明确有电路板(焊锡部位)故障，但不是最主要故障。从湖东和其他机务段运行的HXD1系列机车电机传感器故障看，尚未发现故障率逐渐增加的现象，但出现了个别机务段某一时间段故障率较高情况。

HXD1系列机车电机某制造商对速度传感器返厂进行了分析统计，近70%的传感器返厂后功能是正常的，通过高低温试验冲击、振动等手段也未能检测出故障。能够检测或重现故障并能进行原因分析的为30%。返厂速度传感器故障原因统计分析表明，大多故障都发生在传感器的感应探头，虽然焊锡部位不是主要故障，但基本上是探头内部的电路板相关原因造成的传感器功能失效见图1。

图1 某制造商返厂速度传感器故障原因分析

2015年5月～2017年6月，HXD1系列机车电机第一个C5修期间,速度传感器平均更换率3.4%。C5修报废传感器原因较多，故障主要形式有传感器电缆及波纹管损坏、连接器损坏等外观损坏，探头失效也主要是外观损伤。传感器报废原因分析见图2。

图2 传感器C5修报废原因分析

检修期间电机传感器故障率高于在线运行故障率，原因为传感器产品本身为易损伤件，安装在车下且暴露在外，外部偶尔受石头击打和异常电压冲击等，在线运行已有部分传感器损伤，但还未影响性能，另外，检修期间产品转移较多，防护不到位导致传感器失效因素增加。

目前传感器主要失效与设计寿命预测的薄弱点老化失效关联度不大。从C5修的故障率和个别机务段故障状况来看，需要在C6修初期进行进一步的状态评估。从以可靠性为中心的维修理论出发，C6修建议暂定传感器为更新。

3 质量问题整改

3.1 接线盒盖板技术改造

产品现场实际运用过程中，牵引电机接线盒盖板螺栓易断裂。前期对故障进行分析后，认为主要原因有：

(1)螺栓可能存在扭力值过扭的现象

(2)牵引电机接线盒盖板螺栓紧固过程中未涂抹螺纹锁固胶乐泰243

(3)接线盒盖板橡胶密封垫结构由于橡胶垫的压缩等因素，比刚性连接结构相比更容易导致紧固螺栓的松弛和松脱。

3.2 优化方案

(1)接线盒盖(图3)减薄至3 mm；

(2)接线盒盖板(图4)紧固采用10.9级M8x20螺栓配合8大垫圈和8弹簧垫圈。

(3)接线盒盖安装孔改为冲孔形式，在接线盒盖内侧形成凸台，凸台高度为2.2～2.5 mm。粘上3 mm橡胶垫后，凸台与橡胶垫内侧面有0.5～0.8 mm间隙。在用螺栓紧固压紧后，凸台处与接线盒面形成刚性连接结构，减少接线盒盖板松动，从而减少盖板的剪切作用，同时能压紧橡胶垫，保证密封性。

(4)接线盒盖板四周冲成帽型，四角采用点焊成一个整体，从而增加了盖板的防水防尘性能。

图3 接线盒盖

图4 接线盒盖板

接线盒盖板装配好后见图5。

图5 接线盒盖板装配后

[1] 中国铁路总公司. HXD1B型电力机车检修技术规程_C5修[M].北京：中国铁道出版社，2016.