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高等教育自学考试毕业设计（论文）北京交通大学毕业设计（论文）装订规范1、毕业设计（论文）封皮；2、毕业设计（论文）评议意见书；3、毕业设计（论文）任务书；4、开题报告；5、中文摘要；6、毕业设计（论文）目录；7、毕业设计（论文）正文；8、参考文献；9、附录。北京交通大学毕业设计（论文）题目： 姓名： 专业： 工作单位： 职 务： 准考证号： 设计（论文）指导教师： 发题日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日毕业设计（论文）评议意见书专业姓 名题目指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师： 年 月 日答辩组意见答辩组负责人：年 月 日备注毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：一、毕业设计（论文）内容二、基本要求三、重点研究的问题四、主要技术指标五、其他需要说明的问题下达任务日期： 年 月 日要求完成日期： 年 月 日指导教师：中 文 摘 要电动机是一种将电能量转换成电磁动能的装置。常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。电动机是随着生产力的发展而发展的，电动机是工业生产必备的设备，而牵引电动机是机车主要电气设备之一，其质量的好坏对机车整体质量起着至关重要的影响。虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高；但由于受机车长交路、大提速恶劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力，尤其是在牵引电动机火花防治上显得尤为重要。在铁路的发展历史中，牵引电动机是重要的组成部分之一。牵引电动机是有高可靠性好精确度快速响应的特点。本文根据对牵引电动机火花的产生，分析了故障部位发生火花的原因，并提出了使用中正确操作、定期维护修理等防治故障的措施。关键词：牵引电动机；火花防治 目 录1 牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。 牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。 在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时，加在牵引电动机上的电压为脉动电压，因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。此外，电动机内部还有一些附加损耗，从而引起电动机温升，因此，脉流牵引电动机在设计和结构上还要采取一定的特殊措施，以解决“换向”和温升两个突出的问题。2 牵引电动机在机车上的运用铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆都运用牵引电动机。牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。3 牵引电动机的工作环境牵引电动机 在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。 牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动，这不仅电动机换向带来困难，而且还容易造成电动机机械破损；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用，雨、雪、灰沙容易侵入；电动机工作时电压变化范围大，同一台机车的六台牵引电动机并联工作，若引动轮直径差异，个别轮对空转、电动机特性因数不尽相同等因数干扰，将是牵引电动机负载分配不均匀。过大的电流或是电压势必电机的换向带来困难，造成电机温升过高，绝缘老化等。因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。4 牵引电机的一般组成结构牵引电动机 一般由定子和转子两大部分组成，在定子和转子之间有一个一定大小的间隙，称为气隙。1 、定子定子一般由机座、主磁极换向级和电刷装置等组成（1）机座机座兼起机械支撑和导磁磁路两个作用。它即用来作为安装电机所有零件的外壳，又是连接各磁极的导磁铁轭，机座通常为铸钢件，也有采用钢板焊接而成。（2）主磁极主磁极由主机铁心和主机线圈两部分组成。主级铁芯一般用11.5mm厚的钢板冲压叠加成一个整体。小型电机的主级线圈用绝缘铜线绕制而成。大中型电机主机线圈扁铜线绕制而成。（3）换向级 换向级又称为附加级。他安装在两个主级之间，用来改善换向。换向级由换向级铁芯换向级线圈构成。换向级铁芯主要用大多数钢板加工而成。换向级线圈跟主级线圈一样也是用圆铜线绕制而成。经绝缘处理后套在换向级铁芯上，最后用螺钉将换向级固定在机座内壁。（4）电刷装置电刷装置的作用是通过电刷与换向器表面的滑动接触，把传动的电枢绕组与外电路相连。电刷装置一般由电刷、刷握、刷干、等部分组成。电刷一般用石墨粉压制而成。2 转子 转子又称为电枢，主要由转轴，电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成（1）转轴转轴的作用是用来传递转矩，一般用合金钢锻压而成（2）电枢铁芯电枢铁芯是电机磁路的一部分。也是承受电磁力的一部分。当电枢在磁场中旋转时，在电枢铁芯中将产生涡流和磁滞损耗，为了减小这些磁滞的影响，电枢铁芯通常用0.5mm厚的钢板叠压而成。电枢铁芯固定在转子支架或是转轴上（3）电枢绕组电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转据。实现机电能量的转换。它是电机主要的电路部分。电枢绕住通常都用圆形的或是矩形的导线绕制而成，再按一定规律放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁芯之间要妥善的绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽锲将绕组压紧，伸出槽外的绕线部分用无玮玻璃丝带绑紧（4）换向器 换向器的作用是机械整流，即在直流电动机中，它将外加的直流电流逆变成绕组内的交流电流，在直流发电机中，它将绕组内的交流电动势整流成电刷两端的直流电动势。电机运行 时，换 向器 既要通过很 大 的电流 ，又承受着各种机械应 力。换 向器工作 的好坏 ，直 接影响电机 的运行性能。电机换 向好坏 的表现就是在 电刷下 面产生火花的大小。标准允许的火花等级对电机是无害的，否则火花将对 电机产生破坏 。火 花产生 的原 因很复杂 ，有 电磁 、机械和化学等原 因，这些原 因又互相影响，构 成一 个 复杂 的关 系。但 是 在 电机故 障 以前 ，往往从换 向器表面的状态可以显示出故障的种种迹象 ，这对我 们有很大帮助 ，如果 我们 能够鉴别这种迹象并能在故障之前及时维修处理 ，消除这些隐患 ，就会避免电机故障的发生。一个质量 良好的电机 ，其换 向器表面在各种 运行工 况下 ，都能保 持稳定 的正圆柱 面，圆面必须 同心 ，而且在 与 电刷接触面上必须形成一层均匀光亮 的换 向器薄膜 ，这是电机 良好运行 的重要条件 。这层 薄膜 的形成是 由于空气 中存在着水蒸汽，电刷和换向器 的表面都覆盖着一层水膜 ，电流通过 时就发生 电解作用 ，电刷和换 向器成为电解的两个 电极 ，正极 产生 氧 ，负极产生氢。如果换 向器是正极 ，即电流从换 向器流向电刷 ，由于氧化 ，它的表面就将 形成一 层氧化 亚铜薄膜。电机运行时 ，因电刷 的摩擦作 用可能把换向器表面的氧化亚铜薄膜破坏。但 是当电流经过 时，由于温度较高，以及空气中含有水分，又使换向器表面氧化 。这样 ，换 向器表面的氧化亚铜薄膜破坏与形成交替发生，维持了动态平衡。由于氧化膜电阻较高，抑制了附加换向电流，有利于换向。实践证明 ：氧化膜 的形 成 ，对 电机 的良好换 向有重 大作用。同时 由于氧化膜表面还吸附着薄层 的水分 、碳和石墨粉末 ，起 着 良好 的润滑作 用 ，大 大减小 电刷与换 向器 的磨损 。良好 的换 向器表 面薄膜其颜 色应为富有光泽的棕褐色 。从运用观点看 ，只要薄膜稳定 、均匀 、光亮和呈棕褐色 ，则认为 电机 的换 向是满意 的。如果换 向器表 面产生如下 的现象那就 应引起注意并及时处理 。1 有规则分布黑片换 向器 出现黑 片，就意味着在 电刷下存在有害的火花 ，而且持续时间 比较长。因为 当火花达到一定程度 时，其热效 应使局部 接触 面产生 高温 ，引起铜和炭 的气化 ，使 铜表面变得粗糙 ，并 出现无光 泽的黑迹。它可能出现在 电刷滑出边 ，也可能 出现在电刷的滑入边 ，这决定换 向元件的换 向电势与 电抗电势的数值 。与此 同时相应 电刷 接触 面也会 出现灼痕。这种有规则 的黑片按一定 的间隔分 布在换向器 表面 ，最 常见 的是按 槽节 距分 布 的黑 片。GE752型牵引电动机每槽有 4个线 圈元件 ，那么换向器表面就会出现每隔 3片发黑 1片，或每隔 1片发黑 3片。后者 的程度较 为严重。这是 因为 同一槽 的 4个元件所处 的磁场位置不同 ，它的未补偿 电势也不同 ，因此如果 电机 换 向较 困难 时，在 同一槽内同时换 向的 4个元件 中，头一个结束换 向的元件其短路电流的剩余能量大部分被仍在进行换向过程中的第二个元件所吸收 ，而第二个元件剩余磁场能量大部分被第三个换 向元件所吸收 ，第 三个元件剩余能量被第四个换向元件所吸收，最后第四个换向元件在换向结束时则没有此条件而必须以火花的形式释放出来 ，从而使第 四个元件联 接的换 向片产生黑迹。因此往往 出现头 三个元件所联 接 的换向片黑迹不明显 ，而最后一个元件联接 的换 向片发黑。从整个换 向器 圆周来 看就呈 现 每隔 3片黑 1片的有规则现象。如果 电机换 向不 良非常严重 ，所产生的剩余能量较强，那么第一个元件所连接的换向黑迹会轻一些，而其余 3个元件所联接的换向片会出现较深 的黑迹 ，从 而呈 现 隔 1片黑 3片的现象。这种情况运行 时间过长 ，则黑 迹会扩大 至换 向器整个表面。换向器黑迹如果出现在 电刷滑出边 ，这是 由于电枢反应 的电抗 电势值大 于换 向元件 的换 向电势 ，这种换 向称为延 迟换 向，这将使 电刷滑出边 的电流密度 比滑入边 的大 ，火花就 出现在 电刷滑出边 ，从而黑迹开始于换 向片相对旋转方 向的滑出边缘。反之如果换 向电势大于 电抗 电势 ，则 出现加速换 向，使 电刷 滑入边及 中部 的电流密度增大 ，火花就产生于电刷滑入边 接触面上 ，黑迹也就 出现在电刷滑入边 缘上。GE752型电机换 向极第 二气隙设计合理 ，因而这种有规则的黑 片出现 的主要原因有如下几条 ：(1)电刷位 置不在中性线上。GE752型牵引电动机刷握是靠刷杆安装到电机机座上的 ，每个刷握用二根圆形刷杆 支承。刷杆一端 直接与 电机座相连 ，另一端套以聚四氟 乙烯绝 缘套管 后 ，固定到刷握体的圆孔中。电机常年运行后，刷架装置各部位尺寸发生变化 ，使得电刷或多少地偏离 中性线 。换向元件不能很好得到补 偿而 产生火 花。此 种情况必须重校 电刷中性位 ，可用中性位测试仪或用感应法，使相邻两电刷的感应电势控制在 5mV以下。(2)刷 盒底面 与换 向片不平 行。这种情 况应重新校正使不平行度小于 O5mm。(3)换向极装配时其不同心度偏差太大，造成上下气隙不均匀。第一气 隙不正 确而使换 向电势补偿过大或过小。因此应 重新校 正换 向极不 同心度 ，使其值小于 04mm。(4)换 向极 线圈有 匝间短路 以及 电枢绕 组或均压线与换向片之间某处焊接不好等。此时必须用中频匝问测试仪进行绕组匝间检查，用中频检查时，加同一电压值其电流值应相差不大。(5)换向极和主极沿定子圆周不等距分布，应重新校正主极和换 向极 使主极极 尖之间距 离最大值与最小值之差小于O5mm，主极和换向极极尖之间距离最大值与最小值之差小于 O5mm。(6)电刷在刷盒孔内配合太松。使电刷倾斜，从而引起 电刷接触不 良和接触面积大大减少 ，造成换 向周期缩短 ，使换向过程来不及进行而需要通过较大的电流突变才 能完成 ，导致大火花产生 。与此同时 ，由于接触不 良，运行 时也会产 生大 的机 械火花而出现黑迹。如果开始一 段时 间电机运行状 态良好 ，而从某一时候开始突然 出现按槽节距分布的有规则 的黑片而且迅速恶化起来 ，这可能是换 向极回路某一线圈或联线出现匝间短路或断线等故障引起的 ，应仔 细检查 ，找出故 障部位。如果与均 压线相联接 的换向片出现黑痕 ，这多半是 主极线圈接头断裂或 联接螺 栓松 动接触 不 良，或 出现 匝 间短路 ，使 电枢绕组并联支路电流分配不均匀而增加均压线 的电密负荷 ，因此引起与此均压线联接的那一片换 向片出现黑痕 。2 换向器出现无规则的黑痕无规则的黑痕 ，多数 是 由于机 械方 面的原 因，使电刷与换 向器接触不 良或不稳定 所引起 的。如果不及时处理 ，黑痕会扩展到换向器的大部分区域甚至整个区域 ，从而加速电刷和换 向器的摩擦使 电刷和换 向器磨损加快 。这种 机械火花 产生 的主要原因有 ：(1)刷 握压指压力 偏小 。电刷压力 是刷握 拉伸弹簧通过压指簧片压在 电刷上部产生 ，如果出现拉伸弹簧永久变形或断簧 ，就会导致压力不够。这样在运行线路冲击或高速 的情况 下 ，会产生很大振动，而且使电刷频繁跳离换向器表面而产生大火花 。因此必须保证压指 的压力值 在 3344N范围内，否则应更换不 良的零部件 。(2)电刷在刷盒中卡滞 ，使 电刷 与换 向器接触不 良，这可 能是 电刷 尺寸 超差 或刷 盒孔 变形 引 起的，应对电刷和刷孔尺寸进行检查 。(4)换 向极 线圈有 匝间短路 以及 电枢绕 组或均压线与换向片之间某处焊接不好等。此时必须用中频匝问测试仪进行绕组匝间检查，用中频检查时，加同一电压值其电流值应相差不大。(5)换向极和主极沿定子圆周不等距分布，应重新校正主极和换 向极 使主极极 尖之间距 离最大值与最小值之差小于O5mm，主极和换向极极尖之间距离最大值与最小值之差小于 O5mm。(6)电刷在刷盒孔内配合太松。使电刷倾斜，从而引起 电刷接触不 良和接触面积大大减少 ，造成换 向周期缩短 ，使换向过程来不及进行而需要通过较大的电流突变才 能完成 ，导致大火花产生 。与此同时 ，由于接触不 良，运行 时也会产 生大 的机 械火花而出现黑迹。如果开始一 段时 间电机运行状 态良好 ，而从某一时候开始突然 出现按槽节距分布的有规则 的黑片而且迅速恶化起来 ，这可能是换 向极回路某一线圈或联线出现匝间短路或断线等故障引起的 ，应仔 细检查 ，找出故 障部位。如果与均 压线相联接 的换向片出现黑痕 ，这多半是 主极线圈接头断裂或 联接螺 栓松 动接触 不 良，或 出现 匝 间短路 ，使 电枢绕组并联支路电流分配不均匀而增加均压线 的电密负荷 ，因此引起与此均压线联接的那一片换 向片出现黑痕 。2 换向器出现无规则的黑痕无规则的黑痕 ，多数 是 由于机 械方 面的原 因，使电刷与换 向器接触不 良或不稳定 所引起 的。如果不及时处理 ，黑痕会扩展到换向器的大部分区域甚至整个区域 ，从而加速电刷和换 向器的摩擦使 电刷和换 向器磨损加快 。这种 机械火花 产生 的主要原因有 ：(1)刷 握压指压力 偏小 。电刷压力 是刷握 拉伸弹簧通过压指簧片压在 电刷上部产生 ，如果出现拉伸弹簧永久变形或断簧 ，就会导致压力不够。这样在运行线路冲击或高速 的情况 下 ，会产生很大振动，而且使电刷频繁跳离换向器表面而产生大火花 。因此必须保证压指 的压力值 在 3344N范围内，否则应更换不 良的零部件 。(2)电刷在刷盒中卡滞 ，使 电刷 与换 向器接触不 良，这可 能是 电刷 尺寸 超差 或刷 盒孔 变形 引 起的，应对电刷和刷孔尺寸进行检查 。(3)电刷 高度磨损 ，已超过极 限值 ，使刷握 压指压不到电刷或 电刷压力下降很多。(4)刷握 紧固螺栓松动。(5)刷盒底面与换 向器表 面距离 过大 ，使 电刷接触不稳定而造成接触 不 良或压力 下降 。调整 刷盒底面与换 向器表面距离 ，应在 16236rnm范围内。(6)换 向器片 间云母板 下刻 和换 向片倒角 时的残余云母片和铜毛刺未清除干净 ，使电刷接触不良产生跳动或受损 。(7)换 向片 凸片出现 明显 的台阶 以及 片 间云母 高出换 向器表 面。这可能是 由于制造不 良或换向器表面受 到碰撞。也可能是 由于静止 的电枢通过很大的电流 ，如在坡道 上起动机 车时 间过 长 ，引起换 向器表 面局部过热而膨胀 凸出，或 因局 部过热而破坏片间云母板 中的胶粘剂使云母板滑 出，从 而减少换 向器片间压力 ，在高速运转时产生换 向片凸出。由于出现换 向片凸片现象 ，造成接触 不 良和跳动，产生火花。另一方面，换向片磨耗很大或换向器表面光刀后 未及时下刻 片间云母板或 下刻云母板时偏斜而在换向片间留有部分云母板，这样当换向片稍微磨耗后，残留的云母板就会凸出换向器表面 ，影响电刷接 触面甚至 打碎电刷 ，这种情 况就 必须重新光 刀换 向器表面和下刻云母板。(8)由于电枢轴弯 曲、轴承磨损偏心或换 向器变形等造成整个换 向器偏心过大 ，使 电刷严 重接触不 良并导致 电刷剧烈跳动产生火花烧损换 向片 ，这种情况只有对换 向器重新光刀才能消除。(9)电枢动平衡不 良，电枢轴承损坏或传 动齿轮出现异常磨损造成电机剧烈振动产生火花 。(1O)换 向器表 面存在严重污垢 、油雾 和油脂 ，使换 向器表面形成厚的炭附着物 ，进而将破坏换 向器表面正常氧化膜 的形成 ，同时油不仅能渗入绝缘表面而且还影 响氧化膜 的形成 并附着在换 向器表面 ，造成不均匀的斑点状附着物 。此外油还加 快铜金属的扩散 ，最后造成换 向器表面沟痕 的形成。因此必须经 常对换 向器表 面 进行 擦拭 和用 SS25吹扫 。3 换 向器 圆周 出现 条纹条纹 的形状 总是沿换 向器 圆周表 面形成 的 圆环 ，其宽度是不规则的。条纹形成的主要原 因有 ：(1)气候潮湿或换 向器表