內燃機車電機傳動軸機械振動的原因分析和處理

李 勇，楊國華

（武鋼集團昆鋼股份安寧公司鐵路運輸分公司，云南 昆明650302）

內燃機車電機傳動軸機械振動的原因分析和處理

李 勇，楊國華

（武鋼集團昆鋼股份安寧公司鐵路運輸分公司，云南 昆明650302）

針對昆鋼鐵路運輸分公司內燃機車運用中液力傳動箱電機傳動軸出現機械振動，甚至扭斷的問題，通過分析，找出引起電機傳動軸機械振動的原因，提出相應的處理措施。運用本文提出的處理措施，消除電機傳動軸機械振動異常情況，有效提高機車的修理質量，保證機車性能良好，滿足鐵路運輸生產需要。

內燃機車；電機傳動軸；振動；處理措施

內燃機車運用中液力傳動箱電機傳動軸出現機械振動，屬于內燃機車故障中相對小的問題，目前還沒有系統(tǒng)分析原因并提出應對措施的相關文章。本文以該故障排除實踐為基礎，不斷總結該故障的處理方法。運用內燃機車修理理論，分析產生原因，結合修理工作實踐經驗，提出科學合理、行之有效的解決辦法，提高電機傳動軸機械振動故障排除的能力，經濟、高效地恢復內燃機車性能。

1 問題提出

目前，昆鋼鐵路運輸分公司共有21臺內燃機車，車型較復雜，大體可分為兩大系列（DFH系列和GK系列），其中DFH5B型5臺、DFH21型 4臺、GK1B型4臺、GK1F型2臺、GK2B型4臺、GK1E型2臺。DFH系列機車裝備的液力傳動箱采用機械換向裝置和機械雙信號換檔裝置，這種箱體只有1套液力變扭器（包含起動變扭器和運轉變扭器），具有結構緊湊、換向沖擊大、維護和檢修比較困難等特點；而GK系列機車液力傳動箱采用電子換檔系統(tǒng)和電控液力換向系統(tǒng)，擁有前向和后向兩套液力變扭器，具有換檔、換向準確，操作靈活、方便等特點。兩種液力傳動箱都是通過電機傳動軸與起動發(fā)電機相連接。

2004年以來，鐵路運輸分公司牽引動力全部由內燃機車承擔。隨著投入運用時間不斷延長，機車司機在日常運用中時常提出：機車液力傳動箱電機傳動軸存在異常機械振動和噪音過大的問題。從2005年至2015年底，據統(tǒng)計共出現電機傳動軸故障共35起，7起聯(lián)軸節(jié)扭斷事故。具體故障統(tǒng)計如表1所示。

表1 機車電機傳動軸故障統(tǒng)計

2008年9月13日，DFH5B型3029#機車起動時彈性聯(lián)軸節(jié)扭斷，造成電機萬向軸花鍵套部定位失效，擊壞兩節(jié)冷卻單節(jié)，損壞側百葉窗等部件的機破事故，嚴重影響機車的運行安全。此外，GK系列機車的電機傳動軸靠近司機室，異常機械振動及其噪音直接影響司機的正常工作，使司機的工作條件更趨惡劣。因此，電機傳動軸異常振動問題必須高度重視。

2 原因分析

電機傳動軸位于液力傳動箱最上一箱內，是箱體尾部的一根功率輸出軸，專為起動發(fā)電機而設置，主要由齒輪軸、軸承、電機萬向軸、法蘭盤、彈性聯(lián)軸節(jié)等組成，電機傳動軸功率傳遞路線如下：

柴油機→第一萬向軸→液力傳動箱第一輸入軸→齒輪軸→法蘭盤→彈性聯(lián)軸節(jié)→電機萬向軸→法蘭盤→主發(fā)電機。

當起動柴油機時，起動發(fā)電機由蓄電池供電運轉，帶動柴油機發(fā)火；當柴油機起動后，起動發(fā)電機由液力傳動箱輸入軸驅動，起動發(fā)電機以發(fā)電工況運轉，給機車控制、照明供電以及蓄電池充電。在柴油機工作時，電機傳動軸處于高速旋轉狀態(tài)，起動發(fā)電機一直工作[1]。根據電機傳動軸位置和工作狀況，大致可以判斷電機傳動軸機械振動及其噪音是由于三方面因素引起的，即動力源振動、旋轉軸系機械振動、潤滑不良。

2.1 動力源影響

鐵路運輸分公司有19臺內燃機車，裝備12V180ZJ（C）型柴油機作為動力源，電機傳動軸通過液力傳動箱第一輸入軸與柴油機曲軸相連接。因此電機傳動軸的平穩(wěn)性由柴油機曲軸的旋轉的狀態(tài)決定，柴油機曲軸旋轉的平穩(wěn)程度則由柴油機各氣缸的爆發(fā)壓力均勻程度來決定[1]。

影響柴油機各氣缸工作均勻性的因素有：噴油狀況、燃燒情況等。通過對幾年的檢修記錄分析，認為當柴油機噴油參數不良、活塞環(huán)閉口間隙超差時，必然出現柴油機燃燒不良，各氣缸工作不均勻，使曲軸產生振動和轉速不穩(wěn)，此時電機傳動軸出現軸向機械振動。原因是液力傳動箱輸入軸采用斜齒圓柱齒輪（模數 mn=5，螺旋角 β=13°42′50″）來滿足高速重載、傳動平穩(wěn)的要求，當輸入軸齒輪與電機傳動軸齒輪嚙合時，由于輸入軸產生振動和轉速不穩(wěn)，使齒輪的輪齒間產生沖擊，其軸向沖擊力造成電機傳動軸軸向振動，并引起旋轉部件異常噪音[2]。此時，如電機傳動軸軸向定位軸承（3E176313KQT）的軸向間隙還未超限，升高柴油機轉速，由于旋轉機件的慣性力作用，電機傳動軸的軸向振動趨緩的現象；如該軸承的軸向間隙已超限，則出現振動加劇的現象。

2.2 旋轉軸系的影響

（1）軸系各軸的同軸度影響

起動發(fā)電機通過彈性聯(lián)軸節(jié)、電機萬向軸與電機傳動軸相連接。盡管彈性聯(lián)軸節(jié)和電機萬向軸都有補償同軸度偏差的作用，但仍然對起動發(fā)電機的安裝精度有一定的要求[3]。如安裝誤差較大，因電機萬向軸兩個法蘭盤之間不平行，引起軸線偏移，使連接法蘭盤之間的電機萬向軸彎曲、變形，引起異常機械振動及噪音，如圖1所示。

圖1 軸線偏移示意圖

DFH21型1004#、DFH5B型3029#機車都曾出現因起動發(fā)電機安裝誤差大而引起機械振動大的問題，其中3029#機車由于柴油機燃燒不良造成電機傳動軸軸向振動大，同時又由于起動發(fā)電機安裝誤差大，超出了彈性聯(lián)軸節(jié)的允許補償偏移量。久而久之，致使彈性聯(lián)軸節(jié)扭斷，造成了2008年“9·13”機破事故。因此正確地安裝起電發(fā)動機，消除各軸的軸線偏移，電機傳動軸的機械振動和噪音就能明顯減少。

（2）電機萬向軸不平衡力矩的影響

為了保證電機萬向軸在高速旋轉下工作平穩(wěn)，裝配時，要進行動平衡試驗，即確保萬向軸旋轉軸線與慣性主軸線相重合[1]。機車在投入運用幾年后，由于電機萬向軸磨損和檢修中組裝裝配誤差較大等原因，幾臺機車出現了電機萬向軸振動大的問題。通過組織相關技術人員檢查發(fā)現，電機萬向軸高速旋轉時徑向產生3 mm～4 mm的重影，造成了電機萬向軸不平衡力矩超限，引起電機萬向軸異常振動，進而影響機車的安全運行。針對該問題，根據萬向軸旋轉軸線與慣性主軸線相重合的原則，采取重新調整十字銷軸承安裝位置或更換不良十字銷軸承的方法，消除萬向軸旋轉時的重影，同時在安裝中將法蘭盤接觸面徹底清掃干凈，按規(guī)定力矩緊固螺栓等手段[4]，避免了電機萬向軸不平衡力矩的影響，電機萬向軸機械振動和噪音明顯減小。

（3）潤滑不良的影響

液力傳動箱的潤滑是一個很重要的問題，它直接關系到機車運用的安全可靠性及軸承、齒輪的使用壽命，因此在設計和檢修時都較為重視。液力傳動箱內部的潤滑系統(tǒng)采用供油泵提供壓力油來潤滑各齒輪、軸承，只要供油泵狀態(tài)良好、油道無阻塞和泄漏，箱內各件均處于良好的潤滑狀態(tài)[5]。而電機萬向軸是一根裝在箱外高速旋轉的部件，對十字銷軸承和花鍵連接部采用潤滑油脂進行潤滑，在高速旋轉中由于離心力作用，油脂易從縫隙或損壞的黃油嘴中甩出。如果在日常維護和保養(yǎng)稍有疏忽，就容易造成電機萬向軸十字銷軸承、花鍵連接部出現潤滑不良的情況。

機車在運行過程中，由于柴油機的旋轉方向是一定的，因此傳遞扭矩的方向也是一定的，所以電機萬向軸的十字銷軸承、萬向軸叉部的軸承座孔等處的磨損主要發(fā)生在受力面一側。十字銷軸承內的滾針如果潤滑不良，則不易滾動，致使?jié)L針燒蝕、軸承表面起溝槽等問題；花鍵部連接處如果潤滑不良，因摩擦造成花鍵槽受力面一側出現非正常磨損，致使電機萬向軸主動端和從動端連接處間隙變大。這兩種因素都會造成電機萬向軸間隙變大、異響，引起了電機傳動軸機械振動大和噪音大。

3 分析及解決措施

3.1 原因分析

綜上所述，引起電機傳動軸機械振動、噪音的主要原因有：

（1）柴油機各氣缸工作均勻性差。

（2）十字銷軸承、花鍵槽潤滑不良。

（4）起動發(fā)電機安裝誤差大。

（5）電機萬向軸的不平衡力矩超限。

這些不利因素必然影響軸承的工作壽命，必然縮短機車的正常使用時間，甚至造成機破事故。因此，電機傳動軸機械振動大的問題必須高度重視。

3.2 處理措施

機車運用過程中，如發(fā)現電機傳動軸機械振動大，產生異常噪音時，應從以下幾個方面進行仔細檢查和處理，具體如下：

（1）檢查、維護措施到位

1）柴油機各氣缸工作的均勻性是保證讓電機傳動軸齒輪平穩(wěn)嚙合的關鍵。機車使用中應定期按工藝技術要求校正噴油參數、調整氣閥間隙、更換不良活塞環(huán)等，確保柴油機工作正常。

2）電機傳動軸如出現軸承軸向間隙超限現象，應及時更換。

3）加強日常對電機萬向軸的維護和保養(yǎng)，定期加注潤滑脂，保證萬向軸各部潤滑良好。

（2）校正、安裝方法必須正確

1）校正起動發(fā)電機的安裝誤差，這是消除電機傳動軸機械振動大的有效手段。

2）電機萬向軸在安裝中，要保證兩端法蘭盤接觸面清潔干凈，聯(lián)接螺栓達到規(guī)定的預緊力，電機萬向軸旋轉徑向無重影。

4 結束語

分析和研究機車電機傳動軸振動大、噪音大的問題，不僅能提高機車的修理質量，又能防止發(fā)生機車異常振動、機破事故，更重要的是為運輸生產設備運用提供了技術狀態(tài)良好的機車，確保了鐵路運輸的安全、正常運行。目前昆鋼公司正處于“三年保生存兩年轉型發(fā)展”的關鍵階段，以問題為導向，用科學、嚴謹的工作方法，以解決好鐵路運輸設備存在的問題，滿足運輸生產需要。

[1]襲建維.內燃機構造與修理[M].北京：中國鐵道出版社，2000.

[2]王正賓.液力傳動裝置[M].北京：中國鐵道出版社，1986.

[3]哈爾濱鐵路局教育處.內燃機車檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[4]董錫明.機車車輛維修基本理論[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[5]四方機車車輛股份有限公司.SF4010—2A/2B型傳動箱使用維護說明書[M].青島：四方機車車輛股份有限公司，2002.

Cause Analysis and Treatment of Mechanical Vibration of Motor Drive Shaft of Diesel Locomotive

LI Yong，YANG Guo-hua
（Wuhan Iron&Steel(Group)Company.Co.，ltd.，Kunming Limited Iron&Steel Company Co.，Ltd.，Anning Company，Railway Transport Branch，Kunming Yunnan 650302，China）

Aiming at the mechanical vibration and even broken problems of the hydraulic transmission box motor drive shaft in the application of the diesel locomotive of kunming steel railway transportation branch，through the analysis，find out the cause of the mechanical vibration of the motor drive shaft，and put forward the corresponding treatment measures.With the measures mentioned in this article，eliminate the happen of the abnormal situations in the mechanical vibration of the motor drive shaft totally，and improve the quality of locomotive repairing，and make sure the locomotives are always in a good condition during work，then，meet the requirements of railway transportation productions.

diesel locomotives；motor drive shaft；vibration；treatment measures

U262.9

B

1672-545X（2017）08-0171-03

2017-05-30

李 勇（1962－），男，云南昌寧人，工程師，在職研究生，研究方向：冶金鐵路機車車輛機械；楊國華（1971－），男，云南曲靖人，工程師，本科，研究方向：內燃機車運用與修理。