電力機車牽引電機檢測線工藝設(shè)計研究

牟彥強 蘇曉奇 楊棯斐 田磊

摘? 要： 電力機車的發(fā)展是現(xiàn)代社會經(jīng)濟生活所需，保障電力機車的穩(wěn)定運行就是保障我國公民的人身財產(chǎn)安全。在電力機車牽引系統(tǒng)中，牽引電機是關(guān)鍵組件，對牽引電機的維修檢測有助于確保電力機車牽引系統(tǒng)的健康。由于牽引電機體積龐大、工藝復(fù)雜，為了方便從業(yè)人員的檢修，將“流水線”的思想引入到牽引電機的檢測流程中，并以和諧型牽引電機為例，提出了一套切實可行的檢測線工藝設(shè)計，為牽引電機的檢修做出了一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 電力機車;牽引電機;維修檢測;流水線工藝

電力牽引技術(shù)是現(xiàn)代電力機車的關(guān)鍵技術(shù)，牽引電機是電力機車牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一。牽引電機的典型要求是在寬轉(zhuǎn)矩和速度范圍內(nèi)具有高功率密度和高效率。由于不同車輛在具體應(yīng)用時對牽引電機的要求不同，因此，在實踐中有許多不同型號的牽引電動機和動力傳動系統(tǒng)。研究如何統(tǒng)一檢修并簡化檢修流程，對于提高牽引電機的檢修質(zhì)量和效率有至關(guān)重要的作用。

一、牽引電機的故障檢測

在出廠時，牽引電機經(jīng)過了重重的檢測，確保其質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，因此，牽引電機在運行中十分可靠。但是，受到使用環(huán)境和轉(zhuǎn)子磨損等因素影響，牽引電機會有多種類型的故障產(chǎn)生。這些故障很可能會造成破壞性，并導(dǎo)致人身財產(chǎn)傷害。因此，重要的是要盡早發(fā)現(xiàn)這些故障，以防止機器完全故障并防止意外的發(fā)生。

常見牽引電機故障包括：定子電壓和電流不平衡、轉(zhuǎn)矩振蕩、效率降低、過熱、過度振動以及轉(zhuǎn)矩降低等。

準(zhǔn)確的故障檢測系統(tǒng)具有較高的發(fā)生率和較低的誤報率。如果故障檢測系統(tǒng)的檢測能力很差，則很可能會錯過發(fā)展中的故障，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重的機器故障和整個系統(tǒng)的故障。相反，如果故障檢測系統(tǒng)過于敏感，則很可能會產(chǎn)生很高的誤報率，并可能導(dǎo)致做出錯誤的決定。因此，將測得的相的定子電流和時間視為輸入的模糊邏輯系統(tǒng)來研究故障檢測系統(tǒng)之間的平衡檢測是否差或太靈敏。依據(jù)我國和諧型號牽引電機的標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行牽引電機維修檢測時，應(yīng)采用考慮電磁、熱和機械場的多學(xué)科分析。通常通過評估電磁性能作為機器轉(zhuǎn)速的函數(shù)，并將計算出的電磁損耗作為熱分析中的熱源來完成。另外，在機械分析中利用電磁力找出牽引電機噪聲和振動的原因。一般而言，溫度對牽引電機的機電性能和電機性能會產(chǎn)生一定的影響，特別是熱負(fù)荷會對牽引電機轉(zhuǎn)子組件的機械耐久性產(chǎn)生影響。大部分牽引電機損耗都發(fā)生在定子繞組中。為了獲得對定子的足夠有效的冷卻，通過組合氣隙區(qū)域中的空氣冷卻和定子框架中的液體冷卻來進(jìn)行PMSM的冷卻，轉(zhuǎn)子表面通過強制風(fēng)冷冷卻。同時，內(nèi)部和外部負(fù)載以及離心力引起的機械應(yīng)力會影響電動機的疲勞壽命。此外，檢測時通常忽略熱機械應(yīng)力，而這是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的離心力不足或過大的主要原因。

二、牽引電機檢修線的流程設(shè)計

（一）設(shè)計思想

通常而言，電力機車牽引電機的檢修基地往往工作量巨大，每天需要面對較大的檢修量。為了在如此巨大的檢修量下，確保檢修的工作效率和檢修水平，有意識的引入了“流水線”的設(shè)計思想，依據(jù)“總體流水、局部定位”的準(zhǔn)則，綜合考慮牽引電機檢修線的設(shè)計。具體來說，在牽引電機檢修線的總體布局上，除考慮檢修基地的空間因素和物流因素之外，設(shè)計出的檢修線要求干凈整潔、操作方便，為此，需要在檢修線中添加多種輔助工裝，如各類機械手、裝卸裝置等，實現(xiàn)牽引電機檢修線的自動化;設(shè)計出的檢修線要求占地空間盡量要小，因此，需要設(shè)置多點管理，實現(xiàn)集中采集數(shù)據(jù)和檢修;設(shè)計出的檢修線要求具備上位機標(biāo)準(zhǔn)接口，以此實現(xiàn)檢修線的數(shù)字化檢修和管理。

（二）檢修流程

依據(jù)牽引電機的功能和檢修目的，可以將檢修流程分作以下幾個步驟：

第一步，需要檢修的牽引電機進(jìn)入到待檢修緩存區(qū)，這一步的目的是確定帶檢修的電機是否具有檢修意義，如果沒有則進(jìn)行報廢處理，如果有則進(jìn)入下一流程;

第二步，確定電機有檢修意義后，待檢修電機進(jìn)入解體區(qū)，目的是將電機分解，方便之后對電機零部件的逐一檢修;

第三步，檢修處理環(huán)節(jié)，將分解后的電機零部件按照定子、轉(zhuǎn)子、軸承、端蓋等順序逐一檢測，其中，能夠修復(fù)的零部件及時修復(fù)，包括清洗、涂漆等工作內(nèi)容，修復(fù)后進(jìn)行再次檢測，檢測不合格的零部件進(jìn)入不合格區(qū);不能修復(fù)的零部件同樣進(jìn)入不合格區(qū)。對不合格區(qū)的零部件進(jìn)行再次檢修或報廢處理。

第四步，將修復(fù)完畢且檢測合格的零部件進(jìn)行裝配。

第五步，對裝配完畢的牽引電機進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗，確定運行正常后，噴涂面漆并進(jìn)行收尾工作。一切完畢后，牽引電機進(jìn)入修后緩存區(qū)。

具體牽引電機檢修流水線的工藝流程見圖1所示。

（三）組織方案

牽引電機部組件的輸送主要采用機動輥道輸送系統(tǒng)配合RGV（有軌自動導(dǎo)引小車）來實現(xiàn)，其能根據(jù)生產(chǎn)需要將物料送至相應(yīng)工位，提高周轉(zhuǎn)速度，減少運輸過程中的磕碰，實現(xiàn)有序生產(chǎn)。機動輥道具有積放功能，滿足拆解、組裝作業(yè)要求。拆解、組裝區(qū)采用KBK懸掛起重機用于部組件的吊裝作業(yè)。具有結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，適應(yīng)能力強等特點。

（四）管理系統(tǒng)

牽引電機檢測線管理系統(tǒng)分為兩個部分：其一是信息管理系統(tǒng);其二是故障檢測系統(tǒng)。在信息管理系統(tǒng)中，綜合管理需要檢測的牽引電機，為檢測電機建立檢修檔案，方便牽引電機檢修人員查詢相關(guān)信息，包括安裝車號、電機型號、故障記錄等，便于再次檢修。在故障檢測系統(tǒng)中，主要采用模糊邏輯方法幫助檢修人員進(jìn)行牽引電機的故障檢測。在故障檢測系統(tǒng)中，定子電流（Ia，Ib，Ic）和時間被視為模糊系統(tǒng)的輸入變量，電機狀態(tài)（MC）是輸出變量，上述變量用于故障檢測，故障類型（TF）用于故障診斷。通過觀察數(shù)據(jù)集來構(gòu)造模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)，例如：重大故障（缺相、轉(zhuǎn)子條損壞），嚴(yán)重?fù)p壞的故障（過電壓），中度故障（不平衡電壓、欠電壓、接地、匝間短路），次要故障;對于牽引電機健康狀況，選擇“過載”“承受”和“良好”。

三、結(jié)論

綜上所述，本次研究創(chuàng)新性的將“流水線”思想引入到和諧型牽引電機的檢修中，結(jié)合牽引電機常見故障和檢測方法，設(shè)計了一套切實可行的牽引電機檢測線設(shè)計方案，并對該方案加以論述，能夠依據(jù)所論述的設(shè)計方案，進(jìn)行實踐操作。本次研究對于電力機車牽引電機的檢修基地，有重要的指導(dǎo)意義，對基地升級和改造有重要的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]邵瑞，張淼瀅.一種大功率永磁同步牽引電機失磁故障診斷方法[J].河南科學(xué)，2017，35（06）：857-864.

[2]陳駿杰，師蔚，胡定玉.基于IMF聚合與SVD的城軌車輛牽引電機軸承故障診斷[J].測控技術(shù)，2017，36（01）：14-17+22.

[3]孫國成.動車組牽引電機檢測方法及裝置的研究[J].自動化應(yīng)用，2016（02）：77-79.