1 綜述
直流電機與交流電機相比，具有故障率相當(dāng)高的特點，運用保養(yǎng)質(zhì)量的高低可以直接決定直流電機的使用壽命�？偨Y(jié)直流電機在運用中出現(xiàn)的故障情況，采取正確的運用保養(yǎng)措施是減少和防止直流電機故障的有效途徑。現(xiàn)以淄博機務(wù)段(以下簡稱淄博段)ZQDR-410型牽引電動機的故障情況為例，來分析該型牽引電動機的故障機理及在運用保養(yǎng)中應(yīng)采取的措施。
淄博機務(wù)段牽引電動機故障率統(tǒng)計表落修原因1991、1992年1993年1994年1995年1996年1997年合計比例/%電機環(huán)火5422542217.5主極接地3414341915.1換向極接地3343421915.1電樞接地00223186.3整流子拉傷3342321713.5斷線2284132015.9漏油甩油010522107.9軸承固死302321118.7合計191723252319126100
DF4型內(nèi)燃機車的6臺牽引電動機均安裝在機車底部，不但啟動停車頻繁，運行中振動大而且安裝空間狹小，又要承受風(fēng)沙、雨、雪及灰塵的侵襲，使用條件非常惡劣，因而極易發(fā)生故障。綜合表1分析可知，該電機的主要故障為：
(1)電機環(huán)火；
(2)絕緣破損(主、附極、電樞接地)；
(3)軸承固死；
(4)繞組間或引出線、刷架聯(lián)線的斷裂等。
現(xiàn)從4個方面具體分析DF4型內(nèi)燃機車牽引電動機的故障情況。
2 牽引電動機環(huán)火故障原因及措施
(1)從電機本身的結(jié)構(gòu)性能看，環(huán)火的原因分兩類：一類是電刷原始火花在較高的電位特性下會發(fā)展成環(huán)火；另一類是當(dāng)最大片間電壓瞬間大大超過允許值時，電位火花會發(fā)展為環(huán)火。
先分析第一種原因：由表2戚墅堰機車車輛廠1989年4月～1990年3月間廠修電機的試驗數(shù)據(jù)［3］：
廠修電機火花試驗數(shù)據(jù)項目火花1級1+1/4級1+1/2級火花超限環(huán)火故障合計臺數(shù)98319244101040比例/%94.51.822.300.380.96100
可以看出大修出廠的部分電機本身換向就不是很好，這樣機車投入運用之后，由于運用條件惡劣，很容易出現(xiàn)換向器發(fā)黑，碳刷接觸不良，過熱灼燒刷握使之變形等現(xiàn)象，從而加重?fù)Q向火花，最終造成環(huán)火。因此運用中應(yīng)及時檢查電機，發(fā)現(xiàn)碳刷不良燒損，或刷握不良時應(yīng)及時更換整修。這就要求乘務(wù)員在機車進庫整備時認(rèn)真檢查，定期抽檢碳刷、刷盒，將“事故苗子”消滅在萌芽狀態(tài)。
再分析第二個原因：電機在運用中出現(xiàn)瞬時過電壓也是觸發(fā)環(huán)火的起因，這又有兩種情況：
1)輪對空轉(zhuǎn)造成瞬時過電壓。在淄博段所擔(dān)當(dāng)?shù)膮^(qū)段中，象膠濟線上從周村到王村等都是長大坡道，在這些區(qū)段上途停或進站停車再啟動時，啟動后電流都在4000A左右，并且長時間低速大電流運行，很容易造成電機空轉(zhuǎn)、電機環(huán)火放炮的幾率也多。在運用中乘務(wù)員應(yīng)正確操縱，提前撒沙，防止空轉(zhuǎn)，盡可能減少產(chǎn)生此類故障。
2)操作過電壓�，F(xiàn)在由于機車檢修質(zhì)量已大大提高，機車功率、過渡裝置均采用自動調(diào)節(jié)，過渡較平緩，此類故障已很少發(fā)生。在淄博段為了防止發(fā)生電機環(huán)火故障，針對造成電機環(huán)火的原因，制定了如下多種措施：在小、輔修作業(yè)過程中，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，過渡裝置在試驗臺上試驗后嚴(yán)格按工藝要求校定數(shù)值，使機車過渡時電流電壓在最理想的數(shù)據(jù)狀態(tài)下；在碎修、臨修中過渡箱故障時及時組織檢修，盡量使乘務(wù)員減少使用手動過渡的機會。
(2)除了以上分析的電機本身存在的問題外，外界因素也有很大影響。
一方面，機車長時間運用后，電機換向器的保養(yǎng)好壞，將直接影響電機的質(zhì)量。
1)整流子拉傷也能引起電機環(huán)火。整流子拉傷以后表面粗糙度達(dá)不到技術(shù)要求，不僅會使碳刷和換向器異常磨損，還會因接觸不良形成火花，造成環(huán)火。自1991年至1997年，在淄博段共有17臺電機整流子拉傷，占總故障電機臺數(shù)的13.5%。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這些電機多數(shù)是由于壓指彈簧斷裂后掉入刷盒內(nèi)整流子的上面，電機旋轉(zhuǎn)后而拉傷整流子的。因此，根據(jù)鐵道部原機務(wù)局“七項專業(yè)會議文件”匯編的精神，將原有電機自1994年起進行了加裝改造，即在電機頂部刷盒的壓指彈簧下面加裝一托盒，這樣，即使壓指彈簧斷裂，也會被托盒接住而不至于掉入換向器上部而拉傷整流子。
淄博機務(wù)段在對電機加裝改造以后，大大減少了整流子的拉傷。從經(jīng)濟效益上看，每個托盒的材料費及加工安裝費總共也不過幾元錢，而每臺電機整流子拉傷后僅旋整流子的加工費就兩千多元，且電機落修，機車扣修費用更大。據(jù)不完全統(tǒng)計，自加裝改造后至1996年8月至少防止拉傷整流子62次(有62次壓指彈簧斷而未拉傷整流子)，由此為機務(wù)段節(jié)省大修費用達(dá)十幾萬元。
2)牽引電動機進油也能造成電機環(huán)火。電機進油后，整流子表面的油污會使碳刷接觸不良，從而造成環(huán)火。從幾年來淄博段共發(fā)生的32起電機進油故障看，大多是由電機通風(fēng)道進入的。我們知道牽引電動機的通風(fēng)采用強迫外通風(fēng)，風(fēng)道進風(fēng)口設(shè)在車上電氣室和冷卻室內(nèi)。在電氣室，由于啟動變速箱經(jīng)常出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，滲出的油不及時清除，就可能順底板滲到第1、2、3電機通風(fēng)道內(nèi)而進入電機，其中DF4C型4151、4139兩臺機車在運用不足一個月時就因為啟動變速箱漏油而導(dǎo)致電機進油。另外，淄博機務(wù)段自1991年至1994年底共有18臺機車后轉(zhuǎn)向架的電機進油，原因多是由于靜液壓系統(tǒng)管路漏油被通風(fēng)機吸入電機內(nèi)造成的，另外少數(shù)是由于乘務(wù)員將油桶放在冷卻間通風(fēng)道進風(fēng)口附近，不小心歪倒，流出的油被吸入電機內(nèi)造成的。針對以上兩方面的原因，采取了如下措施：
措施1：針對靜液壓系統(tǒng)和啟動齒輪箱漏油易進入牽引電動機的情況，在小、輔修和臨修時發(fā)現(xiàn)有漏油部位，都進行重點整修，及時找出原因，消滅跑冒滴漏。
措施2：運轉(zhuǎn)車間針對曾經(jīng)因乘務(wù)員在冷卻間放置油桶而導(dǎo)致電機進油，一方面下達(dá)書面通知，另一方面由各隊隊長在乘務(wù)員每天的學(xué)習(xí)會上傳達(dá)“嚴(yán)禁在冷卻間存放油桶，并要經(jīng)常保持通風(fēng)網(wǎng)及附近清潔”。采取措施后，淄博段電機進油的故障大大減少了，至今再未發(fā)生一件因為牽引電動機進油而造成電機環(huán)火的故障。
另一方面，電刷也是電機的關(guān)鍵部件，電刷不良、裂碎或固死，也易造成電機環(huán)火。電機對碳刷的要求是：
有良好的換向性能和機械性能；
有足夠的機械強度和耐磨性；
有良好的成膜性能；
對換向器的磨損要小等。
從現(xiàn)用的國產(chǎn)電刷來看，主要有如下缺陷：電刷耐磨性差、壽命短、換向性能差或者磨損換向器，使之產(chǎn)生銅毛刺。據(jù)有關(guān)資料介紹，國外牽引電動機電刷壽命一般為15～20萬km，最好的達(dá)20～30萬km，而國產(chǎn)牽引電動機用的D374型電刷壽命為5～6萬km，最好的也不過7～10萬km［6］。這不僅給檢修帶來了大量工作，而且在材料上也造成了巨大的浪費(一塊新造的D374型電刷總長度為60mm，其磨損的最低限度為35mm，帶有銅辮的廢舊電刷的價值幾乎高于其原價值的二分之一)，因此有必要研制和推廣使用新型耐磨高質(zhì)量電刷。
在1995年，自DF4C型機車上線之后，曾一度出現(xiàn)過多臺機車整流子異常磨損，電機云母槽內(nèi)積碳多的情況，在更換了電刷并徹底清理了云母槽運用一段時間之后逐漸好轉(zhuǎn)，這說明其原因還是由于碳刷不良引起的。因新造機車電機原裝碳刷與淄博段使用的電刷并非同一廠家生產(chǎn)的，其硬度也就不同，因此，在同一臺電機上使用就造成了電機換向器的異常磨損。
3 牽引電動機的絕緣擊穿接地——主、附極、電樞接地
從1991年到1997年淄博機務(wù)段因電機接地共計落修46臺，占總故障臺數(shù)的36.5%。因此，要降低電機故障率，必須減少電機接地故障。
(1)環(huán)火燒損電機
由于電機環(huán)火造成電機主極、附極或電樞接地。對于環(huán)火產(chǎn)生的原因及應(yīng)采取的措施，前已敘述這里不再贅述。
(2)電機絕緣老化，擊穿絕緣而接地
由于牽引電動機的工作條件十分惡劣，時刻受到熱的、機械的、環(huán)境的和電的各種應(yīng)力的直接作用，因而引起絕緣結(jié)構(gòu)老化。在運用中就會因高電壓擊穿絕緣而接地。產(chǎn)生老化的原因可分為以下3種：
1)熱老化。引起牽引電動機絕緣熱老化的因素較多，如通風(fēng)帆布道破損或堵塞，通風(fēng)機不良等造成進風(fēng)量不足；電機內(nèi)部過臟，繞組散熱性不良；磁極鐵芯因制造工藝問題不能與機體座完全密貼；長時間滿負(fù)荷運行或超負(fù)荷運行。
這些因素均會使繞組溫升增加，引起絕緣材料熱老化及繞組產(chǎn)生輕微熱變形，其結(jié)果是在絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生脆裂。
2)機械老化
由于牽引電動機采用軸懸式結(jié)構(gòu)，機車運行時鋼軌與輪對、輪對與牽引電動機傳動齒輪之間及牽引電動機本身工作時，產(chǎn)生的各種機械振動和電機內(nèi)部的電磁力均會作用于電樞及磁極上，而引起電機的振動，導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損、龜裂。
3)環(huán)境老化。共有3方面主要因素：
粉塵污染。由于電動機采用強迫外通風(fēng)，通風(fēng)口未設(shè)濾網(wǎng)，因此，塵埃不可避免地被帶入電機內(nèi)部，再加上電機工作時產(chǎn)生的碳粉銅粉等導(dǎo)電物質(zhì)也會遺留在電機內(nèi)部，這些附著在電機內(nèi)的混合物具有吸潮作用，會引起絕緣電阻的進一步降低；
油類污染。由于冷卻間靜液壓系統(tǒng)及油水管路滴漏的油水被通風(fēng)機吸入通風(fēng)道，進入電機內(nèi)部造成電機絕緣老化。
電壓老化。機車運行時，在正常電壓的情況下，如果牽引電動機絕緣層因磨損在絕緣層內(nèi)產(chǎn)生空氣氣隙，則會產(chǎn)生少量電子，當(dāng)電壓達(dá)到一定程度時，這些電子與原子互相碰撞使絕緣帶中的電子增多，長期發(fā)展的結(jié)果，電子進一步增多，并產(chǎn)生間隙放電侵襲絕緣層，使絕緣層變薄，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。
針對上述引起電機絕緣老化的原因采取如下措施：在小、輔修作業(yè)中認(rèn)真檢查電機通風(fēng)通道、帆布，使之清潔暢通，及時清洗、吹掃電機內(nèi)部，使之清潔無油水污物；嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，對絕緣阻值低的電機，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的擴大。
4 牽引電動機軸承故障
軸承是牽引電動機的重要部件，一旦發(fā)生故障，不僅會造成電機抱死，使機車途停，造成機破，給運輸生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失；而且會造成電機掃膛，轉(zhuǎn)子軸拉傷，電樞拉傷，使整臺電機大修，損失達(dá)幾萬元以上。因此減少和防止?fàn)恳妱訖C軸承故障意義重大，現(xiàn)從以下幾個方面分析并采取措施。
(1)在機車保養(yǎng)方面：對于進段修的機車，由機車給油指導(dǎo)負(fù)責(zé)，監(jiān)督乘務(wù)員認(rèn)真執(zhí)行段規(guī)，特別是注意電機軸承的加油量，即不能多加，更不能少加，使軸承在一個段修期內(nèi)保證具有良好的油潤，不致因軸承缺油而燒損軸承。
(2)凡是落修的電機均檢查軸承油潤，更換油脂。凡是解體修的電機，均打開電機兩端軸承蓋檢查軸承狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)不良立即更換。
(3)在材料方面嚴(yán)把進貨渠道，保證用鐵道部定點廠家生產(chǎn)的軸承，且新軸承在裝車前都認(rèn)真檢查測量，做好記錄。
(4)由于軸承故障一般是因為軸承滾柱碎裂，或者內(nèi)外圈滾道有剝離、點蝕、劃傷、凹痕，也有的是保持架斷裂造成的，而這些故障在未造成軸承固死之前可以用專用的軸承檢測儀查出，因此，建議在機車運用中采取用軸承檢測儀定期檢查電機軸承狀態(tài)的方法，一旦發(fā)現(xiàn)不良軸承，則落修電機，做到早發(fā)現(xiàn)早處理。
5 電機內(nèi)部斷線故障
由于牽引電動機長期工作在不停地劇烈振動的條件下，因此，電機內(nèi)刷架聯(lián)線，主極、主、附極聯(lián)線及各引出線斷裂的故障時有發(fā)生。在運行中如果主極聯(lián)線斷或C1、C2引出線斷，造成電機主極開路，會出現(xiàn)在全磁場運行時該電機無電流，而在進入一、二級磁場削弱后，該電機電流會立即增至1000A以上，其對應(yīng)的磁場削弱電阻RX1、RX2會產(chǎn)生高溫，急劇發(fā)紅，若乘務(wù)員不能及時發(fā)現(xiàn)，得不到及時處理，短時間內(nèi)便會造成電氣火災(zāi)。在1991年上海鐵路局統(tǒng)計的電氣柜火災(zāi)事故發(fā)生原因的數(shù)據(jù)中，有近三分之一是由于牽引電動機主極開路造成的，且每次損失都超過30萬元。我們?yōu)榉乐购蜏p少此類故障采取了如下措施：
(1)對乘務(wù)員加強業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，熟知電機主極斷線的重大危害性，掌握應(yīng)急處理技術(shù)，在運行中副司機應(yīng)按規(guī)定認(rèn)真檢查各儀表，及早發(fā)現(xiàn)，及時甩掉故障電機。自1991年至今淄博段共有12臺電機主極斷線，但由于乘務(wù)員能早發(fā)現(xiàn)，早處理，沒有發(fā)生一次因磁場削弱電阻過熱而引發(fā)的火災(zāi)事故。
(2)根據(jù)牽引電動機的技改要求，凡段修或入廠修的電機均按要求將C2聯(lián)線改為軟線。
(3)在電氣柜兩邊磁場削弱電阻的內(nèi)側(cè)分別加裝300mm×250mm的石棉隔熱板，即使電阻過熱也不會引起電氣柜火災(zāi)。
(4)建議廠方對牽引電動機并聯(lián)各支路分別加裝過流保護裝置，或?qū)㈦姍C主極開路故障設(shè)法顯示給乘務(wù)員。
