SS8型電力機(jī)車軸箱軸承滾道電蝕故障原因分析

張建輝

(鄭州鐵路局 鄭州機(jī)務(wù)段，河南 鄭州 450053)

SS8型電力機(jī)車軸箱軸承滾道電蝕故障原因分析

張建輝

(鄭州鐵路局 鄭州機(jī)務(wù)段，河南 鄭州 450053)

對(duì)鄭州機(jī)務(wù)段2015年7月到2016年7月期間的SS8型電力機(jī)車軸箱軸承滾道電蝕故障進(jìn)行匯總，從接地裝置作用原理入手，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算分析，找出故障原因并制定改進(jìn)措施。

SS8型電力機(jī)車；軸承滾道電蝕；接地裝置原因分析；措施

鄭州鐵路局鄭州機(jī)務(wù)段1999年9月開始批量配屬運(yùn)用SS8型電力機(jī)車，目前共有54臺(tái)。在2015年7月到2016年7月期間，SS8型機(jī)車因各種原因發(fā)生軸承故障共17件，其中由于軸承電蝕造成的故障10件，占總數(shù)的58.8%，給機(jī)車的安全運(yùn)行帶來了隱患，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要研究分析故障原因，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以提高機(jī)車運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。以下從軸箱軸承接地裝置開始進(jìn)行分析。

1 接地裝置的工作原理與故障概況

SS8型機(jī)車軸箱軸承接地裝置是仿制日本川崎重工的6K型電力機(jī)車的接地裝置，按國內(nèi)機(jī)車的工作環(huán)境與運(yùn)用特點(diǎn)進(jìn)行了部分改進(jìn)，具有拆裝維修方便，接地電阻穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)軸箱軸承接地裝置工作正常時(shí)，機(jī)車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的接地電流通路為：車體→轉(zhuǎn)向架框架→軟編線→軸箱蓋→電刷箱→電刷→銅軸→擋板→車軸→輪輻→鋼軌→大地。軸箱軸承接地裝置工作不良時(shí)，其接地電流通路為：車體→轉(zhuǎn)向架框架→軸箱體→軸承→車軸→輪輻→鋼軌→大地。此時(shí)，接地電流在旋轉(zhuǎn)的軸承滾道和滾動(dòng)體的接觸部分流動(dòng)時(shí)，通過薄薄的潤滑油膜發(fā)出火花，其表面出現(xiàn)局部的熔融和凹凸現(xiàn)象，逐漸積累，最終在軸承的滾道和滾動(dòng)體表面形成電蝕損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承燒損。

鄭州機(jī)務(wù)段自2015年以來發(fā)生多起軸箱軸承電蝕故障，由于機(jī)車安裝有車載走行部報(bào)警系統(tǒng)，所以電蝕故障在發(fā)生初期就能被發(fā)現(xiàn)，很少能發(fā)展成軸承外環(huán)內(nèi)圈呈搓板狀的情況，但仍對(duì)機(jī)車的安全運(yùn)行造成了隱患，并且會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2 接地裝置分解檢查及參數(shù)分析

通過對(duì)發(fā)生軸承電蝕故障的機(jī)車軸頭接地裝置的解體檢查，發(fā)現(xiàn)其中的接地碳刷都發(fā)生了不同程度的破損與變形，有些是接地線斷股，有些是碳刷掉塊，有些是碳刷端面異常磨耗。針對(duì)這一發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。

在54臺(tái)SS8型電力機(jī)車中，52臺(tái)經(jīng)過2次廠修，返段檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)各廠家所安裝的軸頭接地裝置有所不同，存在3種接地碳刷型號(hào)，KDJ164型長度為60 mm，JH64型長度分別為45 mm、35 mm兩種，除長度外其他參數(shù)皆相同。

由于HJ64型長度稍短，價(jià)格相對(duì)便宜，并且3種型號(hào)的接地碳刷有效磨耗長度相同，皆為12 mm，故在機(jī)車廠修中將接地碳刷由KDJ164型更換為HJ64型后，我們也繼續(xù)使用。但通過對(duì)發(fā)生軸箱軸承電蝕故障的機(jī)車進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過廠修，并且更換過接地碳刷型號(hào)的機(jī)車，發(fā)生軸箱軸承電蝕故障的比率較高，所以，我們對(duì)其原因進(jìn)行了深入分析。

原設(shè)計(jì)接地碳刷彈簧為圓錐螺旋壓縮彈簧，由于其類型特性，該彈簧在承受載荷后，彈簧從大圈開始逐漸接觸，其工作圈數(shù)逐漸減少，剛度則逐漸增大，到所有彈簧圈完全壓并為止。所以，該彈簧形式有利于防止共振的發(fā)生，同時(shí)中心穩(wěn)定性較好。其材質(zhì)為奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9)，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和高延伸性，易于部件的加工制造，同時(shí)耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕性介質(zhì)腐蝕。

設(shè)計(jì)參數(shù)：展開長度為1 650 mm；旋向?yàn)橛倚?；圈?shù)為10圈；有效圈數(shù)為7圈；自由高度為170 mm；工作高度為56 mm；彈簧工作壓力為40 N。

力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb(MPa)≥520；條件屈服強(qiáng)度σ0.2(MPa)≥205；伸長率δ5(%)≥40；斷面收縮率ψ(%)≥60；硬度≤187 HB，≤90 HRB，≤200 HV。

根據(jù)胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力和彈簧的形變量(伸長或壓縮值)成正比。

F=K*X

式中：F為彈簧的彈力，即彈簧發(fā)生形變時(shí)對(duì)施力物的作用力；K為彈簧的勁度系數(shù)；X為彈簧的變形量(撓度值)。

根據(jù)上述彈簧參數(shù)可得出接地碳刷彈簧的K值,K=F/X=40/(170-56)=0.351 N/mm=351N/m。

原設(shè)計(jì)接地碳刷長度原形H0=60 mm，到限長度為H1=60-12=48 mm，即安裝新接地碳刷時(shí)，彈簧撓度為114 mm，磨耗到限后，接地碳刷長度減少12 mm，彈簧在彈性限度內(nèi)伸長12 mm，彈性撓度減少為102 mm。此時(shí)，彈簧壓力F’=K*X’=0.351*102=35.8≈36 N，即彈簧壓力在36～40 N時(shí)，撓度在102～114 mm時(shí)，符合設(shè)計(jì)要求，可保證接地碳刷正常作用。

但是，根據(jù)實(shí)際調(diào)查，現(xiàn)在還有兩種型號(hào)接地碳刷正在使用，原形長度分別為45 mm和35 mm，磨耗到限深度均為12 mm。根據(jù)3種接地碳刷參數(shù)和彈簧撓度、勁度系數(shù)的關(guān)系，計(jì)算出彈簧壓力值，見表1。

表1 在磨耗限度內(nèi)三種接地碳刷所承受的彈簧壓力值

為了進(jìn)一步確定接地碳刷長度對(duì)碳刷壓力的影響，將接地碳刷彈簧在彈簧壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測得數(shù)據(jù)如表2。

表2 實(shí)測彈簧撓度值與彈簧壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，做出彈簧撓度值與彈簧壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線如圖1。

圖1 彈簧撓度值與彈簧壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線

由于接地碳刷長度采用45 mm和35 mm時(shí)，在彈簧彈性限度內(nèi)，彈簧作用壓力隨之下降，負(fù)荷公差也隨之增大。當(dāng)負(fù)荷公差超出限度范圍時(shí)，接地碳刷的不穩(wěn)定性加大。由于彈簧大端靠凸臺(tái)定位，小端以鉸接方式與彈簧端蓋(凸軸)和接地碳刷(凹孔)相連接，使用中的固有振動(dòng)頻率隨著彈簧壓力的下降，撓度的減少，軸向剛度的減小而增加，碳刷彈簧徑向激擾隨之增加，使得鉸接點(diǎn)接觸應(yīng)力變大。由于鉸接孔材質(zhì)為黃銅(軟)，彈簧端蓋凸軸材質(zhì)為鋼材(硬)，在徑向激擾應(yīng)力作用下，凹孔就會(huì)因與凸軸材料的硬度差而磨損變大，鉸接點(diǎn)同心度隨之遭到破壞，接地碳刷損壞后，接觸電阻增大，導(dǎo)致軸承電蝕概率增大。

3 改進(jìn)措施

在確認(rèn)軸箱軸承電蝕與所安裝接地碳刷型號(hào)相關(guān)后，我們將全部機(jī)車軸箱軸承接地裝置進(jìn)行普查，并將HJ64型接地碳刷統(tǒng)一更換為KDJ164型，同時(shí)將情況反映給廠修單位，停止使用HJ64型接地碳刷。

4 結(jié)語

通過對(duì)SS8型電力機(jī)車軸箱軸承電蝕故障情況的調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、分析，發(fā)現(xiàn)了接地碳刷與軸承電蝕之間的聯(lián)系，并及時(shí)整改。從2016年8月至2016年12月，鄭州機(jī)務(wù)段SS8型電力機(jī)車因各種原因發(fā)生軸承故障共11件，其中由于軸承電蝕造成的故障僅1件，軸承電蝕故障率大幅下降，保證了機(jī)車的走行部質(zhì)量穩(wěn)定，大大節(jié)約了成本。

[1]趙叔東.韶山8型電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]王敏.HXd1型電力機(jī)車軸箱軸承油脂溢析問題分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2017,40(1)：82-84.

[3]劉暉霞，晉軍輝，陳喜紅，等.33t大軸重機(jī)車軸箱軸承的選型分析[J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，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

張建輝(1980—)，男，河南扶溝人，鄭州鐵路局鄭州機(jī)務(wù)段技術(shù)科工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)車運(yùn)用檢修。

U264.81+2

B

1008-6811(2017)03-0014-03

趙 偉]