HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承振动报警故障分析与处理

尹若义 中国铁路上海局集团有限公司合肥机务段

合肥机务段共配属120台HXD1C型机车，主要担当宁西线、京九线、二通道运行交路货运（含行包快运及代客机）牵引任务。2020年11月-2021年3月期间，合肥机务段数据分析人员通过6A系统机车走行部车载监测子系统数据分析，发现连续发生5台HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承外环振动报警故障。牵引电机落修后返中车株洲电机有限公司分解检查，发现电机轴承外环内滚道存在明显剥离故障。牵引电机频繁的报警故障干扰了运输生产，同时也造成潜在的行车安全风险。因此，如何通过6A系统机车走行部车载监测子系统数据分析、油脂化验及其他有效检查手段，查明故障原因，并采取切实措施消除行车安全质量隐患，已成为检修整备现场工作的迫切需要。

1 概述

1.1 HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承报警故障统计

如表1所示，5台发生轴承振动报警故障牵引电机均为2017年9月株洲机车公司新造机车装车的牵引电机，为SKF轴承，其走行公里在51-62万公里之间，机车号均为08××。目前合肥机务段配属HXD1C型其他车号机车未发现此类振动报警故障。

表1 HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承振动报警故障统计表

1.2 HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承外环故障情况

图1、图2为HXD1C型0871号机车4轴5位(电机编号7957），HXD1C型0876号机车5轴5位（电机编号8018）2个非齿端轴承解体检查发现，轴承外环内滚道承载区域存在明显剥离或多处压痕，轴承内环、滚子及保持架无异常。

图1 HXD1C型0871号机车4轴5位轴承剥离

图2 HXD1C型0876号机车5轴5位轴承压痕

2 HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承振动报警故障原因分析

对5台牵引电机非齿端轴承发生振动报警机车电机生产组装工艺、运行公里、轴承油脂分解检查情况、轴承日常油润保养及6A系统机车走行部车载监测子系统数据等方面进行分析，查找故障原因。

2.1 机车运行公里情况

在合肥机务段配属120台HXD1C型机车中，2017年配属到段机车30台；2018年配属到段机车5台；2019年配属到段40台；2020年配属到段45台。其中35台为C5修机车。机车走行公里及对应振动报警信息见表2。

表2 合肥机务段机车配属信息

追踪5台发生振动报警故障轴承牵引电机日常检修情况，自装车之日起牵引电机及非齿端轴承均无更换记录。从上表可以看出，发生牵引电机振动报警故障时机车平均运行公里数为58.8万公里。

2.2 电机组装及轴承批次调查

2017年7月15日至2017年9月15日2个月之间，同批次轴承的装配及使用情况，见表3所示。

表3 同批次轴承同期装车及使用情况

从表3可知，出现振动报警故障轴承的电机在2017年8月组装，调查当月工艺执行及作业环境无变更或异常，非齿端为SKF进口轴承。从同期组装电机的同批次轴承使用情况来看，配属兰新线某段与南昌局某段的174套轴承运用状态良好，其中兰新线的60套轴承平均运行公里数已达69万公里，可见电机组装与轴承批次不是报警轴承故障的主要原因。

2.3 润滑脂情况分析

（1）对5台发生振动报警故障轴承分解时发现，轴承内部及储脂室润滑脂均出现发黑、发干、发硬；轴承上残脂少，轴承室外侧排脂较少。将其中HXD1C型0871号机车4轴5位轴承润滑脂状态与兰新线某段相近运用里程的轴承润滑脂外观状态相比较，两个轴承外观、储脂室、排脂情况等状态存在显著差异，见表4。

表4 轴承润滑脂状态表

7957电机与兰新线6602电机的轴承润滑脂总量相差较大，轴承内、内轴承盖储脂室、端盖储脂室、轴承排脂量及总量比较见表5。

表5 润滑脂质量分布表

2006年以来，HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承润滑补脂周期及补脂量经过3次优化，最新标准自2015年5月开始实施，每3个月或5~6万公里（以先到为准）补脂100 g。

而检修整备现场实际情况为，2019年铁总全面实施机车检修修程修制改革，合肥机务段HXD1C型机车修程公里由7.5万公里延长到8.5万公里，轴承补脂维护要求与机车检修修程修程同步，即每运行8.5万公里补脂100 g。

（2）对润滑脂检测，轴承内润滑脂进行理化检测，结果见表6。

表6 7957电机轴承润滑脂检测结果

从上表可以看出，轴承内部润滑脂指标超差，稠度降低（变硬，流动性差），分油率低（分油少润滑差），轴承磨损元素含量偏大。

2.4 6A系统机车走行部车载监测装置数据分析

综合6A系统机车走行部车载监测子系统数据分析，上述5台机车均为牵引电机非齿端轴承预警及一级振动报警故障，时域波形图、频谱图都存在明显外环故障谱。以HXD1C型0871号机车为例，该机车2020年12月5日4轴5位轴承时域波形图、频谱图出现外环故障谱，但故障不连续。2021年2月7日开始出现连续预警故障，2021年2月24日故障升级为一级报警。分析数据情况如下：

（1）SV值冲击趋势存在明显突变。分析2020.12.1日至2021.2.24日期间数据，SV趋势共发生2次突变，第一次突变点发生在2021年2月5日5:16，SV值由361突升为2858；第二次突变点发生在2021年2月24日13:04，SV值由887突升为9160。第二次突变后冲击趋势明显加强，出现轴承预警、一级报警故障信号，见图3。

图3 HXD1C型0871号机车4轴5位冲击趋势分析

（2）样本数据外环故障明显，时域波形图呈明显梳状，时域波形图、频谱图外环故障明显，见图4。

图 4HXD1C型0871号机车单样本分析

（3）轴温无明显上升趋势。后台架温度实时分析趋势同位比较4轴5位轴温无明显偏高，温度趋势基本一致。

2.5 分析结论

综合上述分析，基本可以排除电机组装工艺和同批次轴承质量以及油脂质量问题。通过6A系统机车走行部车载监测子系统数据分析及轴承外环内滚道剥离情况来看，剥离或多处压痕发生在轴承外环内滚道承载区，域波形图、频谱图从不连续外环故障谱，逐步发展到预警、一级报警，故障逐步发展，不断扩大。

因此，牵引电机非齿端轴承振动报警，外环内滚道剥离的主要原因应为机车检修修程修制改革后，HXD1C型机车修程公里有所延长，但同时牵引电机非齿端轴承补脂维护要求未能同步，牵引电机运用过程中因轴承润滑不足，无法满足实际运行工况下轴承润滑需求，造成轴承运转的润滑油膜破坏。牵引电机非齿端轴承在长期大载荷运用工况下，其外环内滚道面次表层产生微裂纹，裂纹进一步扩展产生次表面的疲劳剥离。

3 HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承振动报警故障预防及处理

3.1 集中补脂，改善轴承润滑条件，遏制轴承故障发展趋势

2021年4月开始，合肥机务段对配属120台机车牵引电机非齿端轴承集中补脂2次，每次100 g，更新轴承内润滑脂。第一次补脂100 g，运行1个月后，再次进行集中补脂100 g。

3.2 优化补脂方案，确保脂量充足，延长轴承运用寿命

本次集中补脂后，计划从2022年1月开始，改变补脂周期，由修程补脂改为定期补脂。按照HXD1C型机车牵引电机轴承补脂维护规范执行，每8.5万公里补充润滑脂100 g，确保脂量充足。

3.3 做好数据分析，及时发现处理故障轴承

做好6A系统机车走行部车载监测子系统数据分析，发现HXD1C型机车牵引电机非齿端轴承一级报警故障及以上，及时扣车落修电机，消除故障隐患。

4 结束语

从2019年3月，铁总开始组织实施机车修程修制改革，适度延长机车运用走行公里，节约检修维护成本。实施两年以来，机车检修整备工作取得了较好的成效，节省了大量的检修成本，优化了生产组织。但同时在实践中，机车检修整备作业过程中存在检修工艺、范围与修程修制改革不相适应，需不断探索，逐步优化。因此，专业技术人员要立足现场，善于运用6A系统机车走行部车载监测装置数据分析等方法和手段，对检修整备现场存在的问题不断分析总结，查找真正故障原因，及时发现检修工艺、范围及生产作业环节存在的问题，消除变化带来的风险，提升检修整备作业整体水平。