HXD1型機車牽引電機C6修技術(shù)研討

孫 兵, 梁西川, 袁 波, 盧明明

(中車株洲電機有限公司， 湖南株洲 412001)

HXD1系列機車產(chǎn)品型號有HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D,配屬全國12個鐵路局及神化集團(tuán)，共計36個機務(wù)段。HXD1系列機車所配牽引電機裝車及檢修情況列表及產(chǎn)品設(shè)計參數(shù),見表1、表2。

表1 牽引電機裝車檢修情況列表

表2 HXD1機車(JD160型)牽引電機設(shè)計參數(shù)表

1 C6修規(guī)程主要項點介紹

C6修以C5修程為基礎(chǔ)編制，主要更新件相同：軸承、橡膠件和緊固件等，并新增了傳感器更新。

C6修相對于C5修機車運行公里數(shù)增加，電機結(jié)構(gòu)件尺寸變形可能性增大，軸承室、軸承檔、機座和端蓋止口等關(guān)鍵尺寸需要在C6修初期進(jìn)行測量評估。定子絕緣是否需要重新浸漆和絕緣子是否更換需要在C6修初期進(jìn)行狀態(tài)評估。

通過C5修積累數(shù)據(jù)，判斷C6修機車電機的機座和端蓋等結(jié)構(gòu)件裂紋或開裂的可能性較小，C6修相關(guān)結(jié)構(gòu)件失效檢查與C5修相同。C6與C5修主要差異見表3。

表3 HXD1機車電機C6與C5修主要差異項

2 壽命管理

2.1 產(chǎn)品設(shè)計壽命

牽引電機各部件設(shè)計壽命見表4。

表4 產(chǎn)品設(shè)計壽命

牽引電機的壽命主要為絕緣結(jié)構(gòu)壽命，牽引電機屬于大功率、中低壓電機，熱老化是牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)老化的最主要因子。絕緣結(jié)構(gòu)熱壽命預(yù)測如下：

JD160電機運行時平均溫升為165 K，以春秋、冬、夏3個時間段進(jìn)行分類，假設(shè)春秋環(huán)境平均溫度為25℃，冬季溫度為15℃，夏季環(huán)境溫度為35℃，那么春秋、冬、夏3個時間段的運行溫度分別為190℃、180℃、200℃，根據(jù)阿侖尼烏斯方程，一年以5 000 h時間運行計算，JD160電機定子絕緣運行壽命為約32 a。

=32(a)

軸承壽命主要影響因素為交變載荷和振動。

傳感器壽命主要影響因素為振動和交變的溫升。

2.2 全壽命周期維護(hù)和修理分析

異步牽引電機安裝在車體下的轉(zhuǎn)向架上，其工作條件惡劣，主要表現(xiàn)在：

①使用環(huán)境惡劣，須承受雨、雪、風(fēng)、沙等的侵襲；

②要承受來自輪軌的沖擊力；

③負(fù)載變化大；

④由逆變器供電，電流中含有大量的諧波成分，使得電機發(fā)熱更厲害，對溫升的要求苛刻。

由于運行工作條件和評估工作條件的差異，加上制造檢修的偏差，牽引電機的各部件實際使用壽命并不完全等同于設(shè)計壽命。如實際運用中輪軌的沖擊振動會導(dǎo)致電氣連接件的疲勞損傷，降低絕緣結(jié)構(gòu)壽命；而電機內(nèi)部受污染受潮程度差異較大，絕緣結(jié)構(gòu)的實際壽命會偏離設(shè)計壽命。

在堅持以可靠性為中心的維修理論，提高機車運用效率，降低機車全壽命周期費用的方針指導(dǎo)下，總結(jié)機車電機運用檢修數(shù)據(jù)，合理分配管理電機各部件壽命。

2.2.1絕緣結(jié)構(gòu)壽命評估

對于HXD1機車牽引電機C6修，壽命管理主要為絕緣結(jié)構(gòu)、軸承和傳感器各零部件的壽命管理。

C5修期間，通過對JD160電機實物定子繞組進(jìn)行剩余擊穿電壓測試，推算JD160電機主絕緣實際壽命。C6修初期，可進(jìn)一步進(jìn)行實物測試，評估定子絕緣實際壽命。通過重新浸漆，可提高定子的防潮防污染能力，一定程度上提升絕緣壽命。

2.2.2軸承壽命評估

軸承設(shè)計壽命10年，根據(jù)軸承應(yīng)用經(jīng)驗，一般實際壽命為其2/3，即6年。通過C5修磨損評估和軸承故障狀況，可判斷軸承壽命能滿足100萬km的要求。

(1)磨損壽命評估

軸承游隙：通過統(tǒng)計重慶C5修HXD1C機車的12臺JD160A電機N端軸承的游隙(見表6)，可以看出軸承磨損量適中，最大游隙為0.197.平均游隙為0.181左右，比設(shè)計的最大游隙大20%。

軸承游隙分析：電機新造出廠時，非傳動端軸承裝配游隙為0.075 5～0.15。按照軸承在正常磨損時，游隙和運行公里數(shù)接近線性關(guān)系，預(yù)測電機軸承正常磨損時，到C5修時(運行至100萬km)，軸承游隙不超過0.21屬于正常磨損狀態(tài)。12臺C5修電機軸承游隙平均值在0.181，最大值在0.197，屬于正常磨損范圍,見表5。

表5 12臺C5修機車JD160A電機N端軸承游隙 mm

(2)軸承故障狀況

整個C5修壽命周期內(nèi)，某段HXD1機車電機軸承運行平穩(wěn)，總共出現(xiàn)了9臺電機異聲落修電機，返廠解體檢查未發(fā)現(xiàn)軸承剝離或損傷失效。某段共有250×8=2 000臺電機，異聲故障率低于0.5%。

2.2.3傳感器壽命評估

傳感器設(shè)計壽命20年，設(shè)計計算老化主要原因為速度傳感器中焊錫部位。通過對前期故障傳感器和C6修初期傳感器的狀態(tài)檢查，確認(rèn)實際壽命影響因素，并通過對薄弱部位的剩余壽命推算傳感器的實際使用壽命。

某段今年更換2個速度傳感器和1個溫度傳感器，故障率低，屬于偶發(fā)故障。HXD1系列機車電機在線運行速度傳感器平均更換率接近1%，故障統(tǒng)計分析表明確有電路板(焊錫部位)故障，但不是最主要故障。從湖東和其他機務(wù)段運行的HXD1系列機車電機傳感器故障看，尚未發(fā)現(xiàn)故障率逐漸增加的現(xiàn)象，但出現(xiàn)了個別機務(wù)段某一時間段故障率較高情況。

HXD1系列機車電機某制造商對速度傳感器返廠進(jìn)行了分析統(tǒng)計，近70%的傳感器返廠后功能是正常的，通過高低溫試驗沖擊、振動等手段也未能檢測出故障。能夠檢測或重現(xiàn)故障并能進(jìn)行原因分析的為30%。返廠速度傳感器故障原因統(tǒng)計分析表明，大多故障都發(fā)生在傳感器的感應(yīng)探頭，雖然焊錫部位不是主要故障，但基本上是探頭內(nèi)部的電路板相關(guān)原因造成的傳感器功能失效見圖1。

圖1 某制造商返廠速度傳感器故障原因分析

2015年5月～2017年6月，HXD1系列機車電機第一個C5修期間,速度傳感器平均更換率3.4%。C5修報廢傳感器原因較多，故障主要形式有傳感器電纜及波紋管損壞、連接器損壞等外觀損壞，探頭失效也主要是外觀損傷。傳感器報廢原因分析見圖2。

圖2 傳感器C5修報廢原因分析

檢修期間電機傳感器故障率高于在線運行故障率，原因為傳感器產(chǎn)品本身為易損傷件，安裝在車下且暴露在外，外部偶爾受石頭擊打和異常電壓沖擊等，在線運行已有部分傳感器損傷，但還未影響性能，另外，檢修期間產(chǎn)品轉(zhuǎn)移較多，防護(hù)不到位導(dǎo)致傳感器失效因素增加。

目前傳感器主要失效與設(shè)計壽命預(yù)測的薄弱點老化失效關(guān)聯(lián)度不大。從C5修的故障率和個別機務(wù)段故障狀況來看，需要在C6修初期進(jìn)行進(jìn)一步的狀態(tài)評估。從以可靠性為中心的維修理論出發(fā)，C6修建議暫定傳感器為更新。

3 質(zhì)量問題整改

3.1 接線盒蓋板技術(shù)改造

產(chǎn)品現(xiàn)場實際運用過程中，牽引電機接線盒蓋板螺栓易斷裂。前期對故障進(jìn)行分析后，認(rèn)為主要原因有：

(1)螺栓可能存在扭力值過扭的現(xiàn)象

(2)牽引電機接線盒蓋板螺栓緊固過程中未涂抹螺紋鎖固膠樂泰243

(3)接線盒蓋板橡膠密封墊結(jié)構(gòu)由于橡膠墊的壓縮等因素，比剛性連接結(jié)構(gòu)相比更容易導(dǎo)致緊固螺栓的松弛和松脫。

3.2 優(yōu)化方案

(1)接線盒蓋(圖3)減薄至3 mm；

(2)接線盒蓋板(圖4)緊固采用10.9級M8x20螺栓配合8大墊圈和8彈簧墊圈。

(3)接線盒蓋安裝孔改為沖孔形式，在接線盒蓋內(nèi)側(cè)形成凸臺，凸臺高度為2.2～2.5 mm。粘上3 mm橡膠墊后，凸臺與橡膠墊內(nèi)側(cè)面有0.5～0.8 mm間隙。在用螺栓緊固壓緊后，凸臺處與接線盒面形成剛性連接結(jié)構(gòu)，減少接線盒蓋板松動，從而減少蓋板的剪切作用，同時能壓緊橡膠墊，保證密封性。

(4)接線盒蓋板四周沖成帽型，四角采用點焊成一個整體，從而增加了蓋板的防水防塵性能。

圖3 接線盒蓋

圖4 接線盒蓋板

接線盒蓋板裝配好后見圖5。

圖5 接線盒蓋板裝配后

[1] 中國鐵路總公司. HXD1B型電力機車檢修技術(shù)規(guī)程_C5修[M].北京：中國鐵道出版社，2016.