HXn5機車主輔發(fā)電機滑環(huán)安裝工藝研究

中車戚墅堰機車有限公司 蔣新艷 何井祥

HXn5機車主輔發(fā)電機滑環(huán)安裝按照原有工藝，熱套成功率低，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)點。本文主要對HXN5機車主輔發(fā)電機滑環(huán)的安裝工藝進行研究，介紹滑環(huán)熱套工藝的改進。

0 引言

HXn5型機車是公司引進消化吸收國外先進設計和制造技術為中國干線鐵路研制的大功率交流傳動內(nèi)燃機車。2018年該型機車首次進入C6修修程。機車的C6修修程要求全面分解檢修，進行性能參數(shù)測試，恢復機車性能，與國內(nèi)既有機車的大修修程相當，是機車壽命期內(nèi)最為重要的一項修程，也是公司未來重要的國內(nèi)專業(yè)修理公司的新的重要任務、公司的重要業(yè)務增長點，意義重大。根據(jù)鐵路機車主輔發(fā)電機高級修維修資質審查要求，主輔發(fā)電機作為大部件，需具備高級修能力，并進行檢修資質審查。

滑環(huán)是主輔發(fā)電機中的重要部件?；h(huán)組裝與轉軸之間采用過盈配合連接，鋼質滑環(huán)和滑環(huán)轂之間的絕緣采用澆鑄式，有別于傳統(tǒng)工藝。接線柱上有絕緣套管，滑環(huán)表面車有右旋螺旋槽，4套滑環(huán)分別為主、輔助發(fā)電機轉子繞組勵磁供電，勵磁電纜聯(lián)線由轉軸上的凹槽穿過軸承連接勵磁繞組和滑環(huán)。（HXN5型大功率內(nèi)燃機車[M].中國鐵道出版社,2009）

1 問題提出

電機新造及C5乃至C6修時，滑環(huán)采用熱套的方式與轉軸進行組裝，除我公司采用橫裝的方式外其他兩家新造及檢修公司均采用的豎裝方式進行安裝。橫裝的優(yōu)點有，占用電機檢修場地少，檢修時間短。原來熱套工藝是165±5℃加熱6小時，轉軸采用一根導向柱進行熱套，熱套成功率低，不足50%（夏季比冬季熱套率低，不足40%）?；h(huán)熱套失敗，反復拉拔滑環(huán)，易損壞滑環(huán)與轉軸，該滑環(huán)為進口件，不僅價格昂貴，而且采購周期長。因此有時現(xiàn)場為了不返工，只能提高滑環(huán)加熱溫度、延長加熱時間。由于受滑環(huán)中絕緣材料影響，長時間高溫環(huán)境下會加速絕緣老化，降低滑環(huán)絕緣，導致發(fā)生滑環(huán)短路故障。2017年就發(fā)生過因為滑環(huán)故障導致1起D21事故，兩起普查滑環(huán)故障，對鐵路行車組織造成了影響，也極大的影響了公司的聲譽。從檢修成本及公司聲譽考慮，滑環(huán)的安裝問題刻不容緩。

2 工藝研究

2.1 理論分析

查閱滑環(huán)相關資料，滑環(huán)使用壽命為20年（C6修程時已使用10年），絕緣等級為H級，允許爐溫加熱最高溫度為200℃。電機轉軸滑環(huán)檔直徑標準：

滑環(huán)安裝有兩種方式：一是熱套，即滑環(huán)放入烘箱中整體加熱，滑環(huán)升溫膨脹，內(nèi)孔擴大到一定程度套至軸頭；另一種是冷壓，即室溫下用液壓的方式將滑環(huán)推入軸頭的方式。目前各檢修公司滑環(huán)安裝的工藝均為熱套，降低滑環(huán)加熱溫度及減少加熱時間可以降低滑環(huán)絕緣老化程度、延長滑環(huán)使用壽命。本文中主要對熱套工藝進行研究。為了保證滑環(huán)熱套成功率以及最大程度的降低滑環(huán)加熱溫度，在滑環(huán)允許加熱溫度范圍內(nèi)，我們需要對滑環(huán)在各加熱溫度下熱套情況進行統(tǒng)計。

首先進行理論值計算：

膨脹量Δψ=0.000012×ψ×Δt

式中：Δψ-膨脹量mm；

0.000012為熱膨脹系數(shù)/℃（鋼質材的膨脹系數(shù)）（GB/T 4339-2008金屬材料熱膨脹特征參數(shù)的測定）；

ψ-為加熱工件公稱直徑mm；

Δt-為加熱溫升℃。

根據(jù)滑環(huán)及熱套相關數(shù)據(jù)，取ψ=95.15mm，Δψ=0.101mm（滑環(huán)熱套過盈量為0.052～0.101mm），

則溫升Δt=0.101÷0.000012÷95.15≈88.5℃

根據(jù)經(jīng)驗，熱套時膨脹量需留有余量，若放寬6絲，即取Δψ=0.16mm，則溫升Δt=0.16÷0.000012÷95.15≈140℃。

這是理論數(shù)據(jù)，實際數(shù)據(jù)會受材料成分、紋向、加熱溫度不均勻、熱膨脹系數(shù)本身誤差等影響而有偏差。

2.2 試驗驗證

按照140℃的溫差，到了夏季高溫時，滑環(huán)的加熱溫度至少要180℃。原滑環(huán)工藝熱套溫度最高170℃，冬季氣溫零度左右，滑環(huán)與轉軸間溫差大，因此熱套成功率較夏季高。對別的電機檢修公司進行調研，了解到滑環(huán)加熱溫度最高為220℃，但是高溫存在較大風險，并不可取。為了擴大轉軸及滑環(huán)溫差，即轉軸外徑及滑環(huán)內(nèi)孔尺寸差，在滑環(huán)加熱的同時，使用液氮冷卻軸頭。經(jīng)過綜合分析討論，考慮到滑環(huán)的絕緣等級，我們將滑環(huán)加熱溫度定為A℃，軸頭降溫至B℃，則兩部件溫差為185℃以上，即滑環(huán)相對膨脹量達0.2mm以上，超過滑環(huán)2倍過盈量，理論上應該完全能滿足熱套要求。我們設計了專用液氮冷卻工裝，將滑環(huán)安裝工藝改為：滑環(huán)加熱溫度定位A℃，加熱6小時，軸頭使用液氮冷卻至B℃進行套裝，跟蹤統(tǒng)計10臺車滑環(huán)安裝情況。統(tǒng)計參數(shù)包括電機編號、轉軸滑環(huán)檔直徑、滑環(huán)孔徑、過盈量、環(huán)境溫度等。過盈量基本為0.08，熱套成功7臺電機，成功率70%。

經(jīng)過多次反復跟蹤試驗，發(fā)現(xiàn)了影響滑環(huán)熱套成功率的兩點關鍵因素：（1）滑環(huán)的相對膨脹量要足夠大，即轉軸與滑環(huán)溫差大。（2）滑環(huán)安裝時，滑環(huán)與轉軸中心線達到重合。采用液氮冷卻軸，滑環(huán)熱套成功率提高，說明對第一個關鍵點的驗證有效。為了使滑環(huán)熱套成功率更高，接下來我們需要解決第二個關鍵因素。

滑環(huán)內(nèi)孔是階梯狀，使用原有的工裝導向，不管滑環(huán)是橫裝還是豎裝，兩中心線都存在較大的偏差問題。因此，需重新設計滑環(huán)安裝工裝，把滑環(huán)中心與轉軸中心偏差控制在0.05mm以內(nèi)，滑環(huán)安裝問題就迎刃而解了。利用多年的電機檢修經(jīng)驗及對滑環(huán)結構的研究，我們設計了多套熱套工裝，經(jīng)過現(xiàn)場實踐應用，最終設計出了最有效的新的導向工裝，使滑環(huán)安裝時兩部件中心線偏差控制在0.03mm以內(nèi)。新工裝圖見圖1、圖2所示。

圖1 導向桿

圖2 壓板

使用新工裝后，統(tǒng)計10臺車的安裝情況，熱套成功10臺電機，成功率100%。只使用新工裝與滑環(huán)加熱，不使用液氮冷卻轉軸也進行過試驗統(tǒng)計，熱套不能保證百分之百，與環(huán)境溫度有關。

2.3 工藝固化

經(jīng)過對30多臺電機滑環(huán)熱套進行全程跟蹤，記錄相關參數(shù)，經(jīng)過反復討論實踐，最終制定了滑環(huán)熱套改進工藝，具體如下：

①量滑環(huán)檔、滑環(huán)內(nèi)孔直徑符合標準。

②將軸頭擦干凈，檢查軸承無毛刺，否則用砂皮打磨去除。

圖3

③使用4個0.5”螺栓將導向桿安裝在軸頭，螺栓不要擰緊，調整導向工裝與軸頭位置，使導向桿柱頭與軸頭同心，柱頭外表面略小于軸頭，使用墊片軸向垂直放在轉軸與導向桿柱頭外表面，觀察柱頭面四周間隙均勻。緊固軸頭四個螺栓，使用墊片復測導向桿與軸頭表面間隙均勻，如圖3所示。度為A℃，加熱和保溫時間共計6小時。若環(huán)境溫度超過20℃，允許采用液氮冷卻轉軸的方式進行熱套，具體操作如下：在距離滑環(huán)出烘箱還有45分鐘時，將冷卻套放置冷卻桶，往桶內(nèi)倒入沒過套的液氮，隔一段時間增加液氮，確保液氮沒過冷卻套，冷卻時間為25分鐘；將冷卻套套入轉軸滑環(huán)檔，使用石棉將整個冷卻套蓋住，冷卻時間為20分鐘；取下冷卻套，使用感覺棉紗將軸頭擦拭干凈。

注意：使用液氮時注意人身安全，遵照相應規(guī)定執(zhí)行。（化學危險物品安全管理條例(1987年2月17日國務院發(fā)布),化學危險物品安全管理條例實施細則(化勞發(fā)[1992]677號),工作場所安全使用化學品規(guī)定([1996]勞部發(fā)423號)）

⑤用兩根吊繩對稱吊住滑環(huán)，調整滑環(huán)高度及位置，將滑環(huán)套入導向桿，使其與轉軸同軸。

⑥轉動滑環(huán)，使滑環(huán)上特氟隆絕緣螺柱標簽與電機電纜上標簽對應，松吊繩。

⑦將滑環(huán)快速套在軸上，推至主軸軸肩，安裝時要注意滑環(huán)上螺柱標簽要與電機電纜對應好。

⑧待滑環(huán)冷卻至環(huán)境溫度后拆下導向工裝。

3 結語

滑環(huán)安裝工藝改進后，使滑環(huán)熱套成功率達100%，節(jié)約了電機檢修時間，提高了電機檢修水平，保證了HXN5機車C6修的順利進行。