高速动车组牵引电机绝缘耐风沙磨蚀防护结构分析

陈谢芬 胡晓鹏

摘要：由于高铁向西北沙漠地区进行不断的发展，使得动车组牵引电机绝缘结构被风沙磨蚀现象不断的出现，从而使高铁的运行和发展受到一定的影响，为了使该现象得到有效的解决，需要对高铁动车组牵引电机绝缘耐风沙磨蚀防护结构进行详细的研究。此次研究从动车组电机绝缘磨蚀入手，对绝缘结构耐磨蚀性能进行详细的研究。此次研究对绝缘耐风沙磨蚀防护结构的重要性进行明确，从而使相应的结构研究能够顺利的开展，进而为高铁的全面运行和发展提供保障。

关键词：高速动车;牵引电机;磨绝缘蚀防护结构

一、动车组电机绝缘磨蚀

高速动车电机绝缘磨损是喷砂型冲击磨损之一，其磨损程度的产生与沙石的硬度、速度以及绝缘结构本身性能息息相关。绝缘损害部位只出现在绕组端的拐角之处，产生这样现象的原因是转子端的环导条被暴露出来，当列车速度达到345km/h的时候，其转子转动速度会达到5100r/min，高速运转的转子使该位置的砂尘能够获得有效的高速动能，从而使绕组绝缘被冲击，进而使该位置的绝缘被不断的磨损，直至其失效。

二、绝缘结构耐磨蚀性能研究

（一）耐磨蚀材料的特性

冲蚀现象在大部分工程中都会出现，当电机的叶片被泥沙长时间的冲蚀，其会被严重的磨损，为了使这种现象得到有效的改善和修护，需要使用表面喷涂弹性阻尼型聚氨酯材料。材料根据其特殊属性可以分成两种，即弹性和刚性。弹性材料自身具有弹性以及韧性的特殊属性，能够对高速运转的砂尘冲击力进行有效的吸收，从而使砂尘对材料的破坏得到有效的改善，进而使其耐磨性得到有效的保证。刚性材料能够将自身的高强度性能充分的发挥，从而对高速运转的砂尘冲击力进行抵抗。

玻璃丝带绑扎保护是牵引电机绝缘结构外层保护方式之一，从相关应用中可知，当下没有找到绝缘的浸渍树脂来对无碱玻璃丝带进行配合，从而来对高温砂尘磨蚀进行抵抗。高速动车组牵引电机绝缘结构耐砂尘磨蚀防护可以从火力发电或水利发电中吸取经验，将表面喷涂耐磨材料引入其中。可以选取聚氨酯弹性耐磨材料和环氧树脂修补系列刚性耐磨材料做实验，在同等条件下来对其进行喷砂，从而来看两者的耐磨性能。

（二）绝缘结构耐磨蚀防滑材料的选择

为了使动车组牵引电机运行工况要求得到有效的满足，需要让绝缘材料和绝缘结构满足以下条件：第一，每运行122万千米之后，动车组的牵引电机都需要进行一次维修，使绝缘防护层耐磨蚀寿命能够满足运行122万千米的需求，从而使大维修期间电机内部绝缘受损现象得到有效的杜绝;第二，绝缘防护层需要具有可修复的特殊属性;第三，电机绝缘表面是防护层，耐磨蚀材料需要包含电气绝缘性能。除此之外，耐磨蚀材料也需要具有强附着力;第四，施工需要相对的简单化，并且需要具备易操作性;第五，耐磨蚀材料的耐热等级需要达到H级或H级以上。

對材料信息进行收集和分析可知，氟硅橡胶材料是动车电机绝缘防护材料的首选，其不仅耐热等级非常高，而且内聚力较强，

动车因为长时间、高负荷运行，且运行条件极其恶劣，导致其电机有着较多的接地故障，槽口处是出现故障接地点最频繁的地方，对此，为了能够有效的解决和处理此问题的发生，我们选择了耐久性、持续性以及修复性极强的氟硅胶进行了故障点的灌封，有效的解决了电机接地故障，为保证机组的正常运行和工作作出了巨大贡献。

（三）绝缘防护磨蚀实验

绝缘防护磨蚀实验的进行需要包括以下方面：第一，试验设备，绝缘防护磨蚀实验来对动车牵引电机实际运行工况进行模拟，需要对其进行热态的喷砂实验。实验中所使用的设备为高温喷砂设备，该设备的内部之中具有电加热器，能够对试样进行加热处理，从而使室温到200摄氏度连续可调得以实现;第二，实验试样，实验试样采用的是高速动车牵引电机的绝缘结构，采用的是铜排外包性对应的绝缘材料来进行制作，对其进行浸漆处理，当其固化完成之后，需要对其表面进行喷涂耐磨蚀氟硅橡胶防护层，试样A是不采取喷涂耐磨蚀氟硅橡胶防护，试样B是喷涂耐磨蚀氟硅橡胶防护层;第三，实验参数，在相同的实验条件之下，对试样进行对比实验，从而得到以下的参数，首先为风动方向，喷砂机的风动方向需要和试样保持垂直。其次为实验温度，电机运行的温度长期处在160摄氏度左右，防护涂层需要采用的温度为180摄氏度，因此，实验中所选择的温度条件为180摄氏度。最后是喷砂压力，由于电机实际的砂尘冲击速度无法进行检测，为了使试样的模式性能差异得到有效的识别，需要采取的方式为对试样喷砂模式时间进行延长，选取0.2MPa压力喷砂相对比较适宜;第四，实验寿命终点，试样A喷砂至绝缘结构外包绝缘破损露出主绝缘，喷砂能够对磨蚀寿命进行有效的记录，试样B喷砂至氟硅橡胶防护层破损露出主绝缘，喷砂终止来对磨蚀寿命进行有效的记录，试样的磨蚀寿命终点状态如下图1和图2所示;第五，实验结果，实验结果为相同喷砂实验条件下，试样A的磨蚀寿命是14min，试样B的磨蚀寿命是748min，两者之间的磨蚀寿命存在非常大的差异，从而可知氟硅橡胶防护层的防护效果更加明显。

从前期的动车组调试运行经验中可知，在风沙环境条件下，高速动车组电机绝缘结构的磨蚀寿命大约在20万千米，试样A结构热态加速磨蚀寿命10min 和实际运行20万千米的效果相同，试样B由于具有氟硅橡胶防护层，使其结构的耐磨蚀寿命是结构A的72倍左右，从理论的角度来讲，其运行磨蚀寿命能够达到1500万千米，从而在风沙环境条件下，动车组牵引电机绝缘结构的终生免维护得以实现。

结语：

通过本文的论述可知，对高速动车组牵引电机绝缘结构耐磨蚀寿命研究具有重要的意义，尤其是对高铁在西北沙漠气候地区的发展。从高温喷砂实验中可知，在电机绝缘之中使用耐磨蚀氟硅橡胶能够起到良好的防护效果，从而使高速动车组牵引电机绝缘结构被风沙磨蚀的问题得到有效的改善，这样在风沙环境下，为高速动车组牵引电机终身免维护的实现提供保障。由于时代以及科技在不断的发展，因此，需要对其进行不断深入的研究，从而使其防护作用能够充分的发挥作用，进而为高铁的全面发展奠定基础。

参考文献：

[1] 唐畅，梁西川，陈红生，曹燕飞，梁巧灵，朱菲菲.高速动车组牵引电机绝缘耐风沙磨蚀的防护结构[J].机械工程师，2015，09（03）：183-185.

（作者单位：中车永济电机有限公司）