机车牵引电机常见故障分析及处理方法.docx

华东交通大学成人教育学院毕业论文( 科)毕业论文题目 机车牵引电机常见故障分析及处理方法 函 授 站 华东交大福建函授站 学生姓名 专 业 学 号 指导老师 职 称 【内容摘要】牵引电机是电力机车的重要组成部分，是为电力机车提供动力的重要设备，由于机车运用时，电机不仅受到振动、负荷振动以及气候条件的影响，而且在电机内部还存在摩擦、铜和铁的损耗。绝缘受到影响，使电机各部发热。 其发生的故障复杂多样，它的故障会造成机车主接地保护动作、牵引无流，严重的可以引起火灾事故。所以对电力机车的常见故障和原因进行分析、提出切实可行的技术措施，并做好日常检修、维护保养和提高牵引电机工作的可靠性有助于我们更好的减少事故的发生。 【关键词】 牵引电机 常见故障 检修 措施目 录一、牵引电动机概述1(一) 牵引电动机简介1（二）牵引电机的工作特点1二、直流电动机模型结构1(一) 直流电机工作原理1(二) 直流电动机的基本结构2三、牵引电动机的传动与悬挂方式4（一） 个别传动4（二） 组合传动4（三） 抱轴式悬挂4（四） 架承式悬挂5四、牵引电动机的常见故障原因及其处理办法5（一） 轴承故障5（二）主附极和补偿绕组接地5（三） 主附极和补偿绕组联线及引出线断裂6（四） 定子、转子铁芯故障检修7（五） 电动机不能启动或带负载运行时转速低于额定值7（六） 电机有不正常的振动或响声8（七） 电机温升过高或冒烟8（八） 电机环火9(九) 窜油10(十) 电刷故障10(十一) 磁极绕组过热10五、牵引电动机的检查与维护11（一）换向器的维护保养11（二）电刷装置的维护保养11（三）电枢轴承的维护保养12总结12参考文献13 2一、牵引电动机概述(一) 牵引电动机简介牵引电动机是在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。是电传动机车、车辆的主要部件之一。其有多种类型，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。由于牵引电机在运用中受振动、摩擦、高温和自然老化等原因使机车电机性能总处于自然磨损状态，超过一定限度就会发生故障。所以，要采取一系列的计划预防修理措施，在电机各零部件损坏以前得到修理，从而减少和防止机车出现先期损坏的可能性。 （二）牵引电机的工作特点1.使用环境恶劣。2.外形尺寸受限制。3. 动作力大。4.换向困难。5.负载分配不均匀。二、直流电动机模型结构(一) 直流电机工作原理直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。图1-1所示为一台直流电机简单模型图。N、S为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流，便形成一定极性的磁极。图1-1 直流电动机的工作原理在两个主磁极N、S之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝缘），随转轴一起转动，整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固定不动的电刷A和B，并压在换向器上，与其滑动接触。(二) 直流电动机的基本结构1、定子（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，又是联系各磁极的导磁铁轭。（2）主磁极脉流牵引电动机的主磁极（简称主极）是用来产生主磁场的，它由主极铁心和主极线圈两部分组成。（3）换向极脉流牵引电动机的换向极用来产生换向磁场以改善电机换向性能，由换向极铁心和换向极线圈两部分组成。（4）补偿绕组为了改善脉流牵引电动机的换向，提高电机运行的可靠性，大容量的脉流牵引电动机设置了补偿绕组。（5）绕组接线为了便于调节牵引电动机的磁场和改变牵引电动机的旋转方向，总是将主极线圈单独接成一个电路，用电缆直接引出；换向极线圈、电枢绕组及补偿绕组串联成为另一个电路，另外用电缆引出，引出电缆的端头装有管形的铜接头。2、转子(1) 转轴转轴是牵引电动机中工作最困难的部件之一。其弹性变形虽然不大，但经常反复变形会使转轴的材料产生疲劳，甚至出现裂纹或折损。同时，转轴上还安装着电枢铁心、换向器、滚动轴承内圈和小齿轮等零部件，使转轴经常存在着内应力。所以，用来制造转轴的钢材必须具有很高的机械强度和足够的韧性。(2) 电枢铁心电枢铁心是牵引电动机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的部件。在电枢铁心圆周表面均匀开有电枢槽，槽内嵌装电枢绕组。由电枢铁心和电枢绕组构成了脉流牵引电动机的电枢，电枢绕组中流过电流，在磁场中受到电磁力的作用，使电枢旋转，把电能转换成机械能。可见它们是牵引电动机中实现能量转换的枢纽，因此称之为“电枢”。(3) 电枢绕组电枢绕组是脉流牵引电动机实现能量转换的部件，把电枢线圈嵌放在电枢铁心圆周的电枢槽中，按一定规律与换向器连接起来就构成了电枢绕组。(4) 换向器换向器是直流和脉流牵引电动机特有的重要部件，其作用是在发电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷间的直流电势；在电动机状态下将输人的直流电流逆变成电枢绕组中的交变电流，以产生单方向的电磁转矩。电机运行时，换向器既要通过很大的电流，又承受各种机械应力。换向器工作情况的好坏，直接影响着电机的运行性能。3、电刷装置牵引电动机的换向器端装有电刷装置，其作用是将转动的电枢绕组与外电路连接起来。电刷装置由电刷、刷握、刷架、刷杆和刷架圈组成。三、牵引电动机的传动与悬挂方式（一） 个别传动个别传动是目前国内外应用最广泛的传动方式。所谓个别传动是指一台牵引电动机只驱动一个轮对，它是借助电机轴上的小齿轮驱动轮对轴上的大齿轮来实现机车牵引运行的。个别传动有抱轴式悬挂、架承式悬挂两种悬挂方式 （二） 组合传动组合传动就是每个转向架上只安装一台牵引电动机，通过变速齿轮装置驱动该转向架的每一根动轮轴，组合传动装置的结构比个别传动装置复杂，但由于组合传动具有其特点而受到重视，干线电力机车随着铁路运输重载高速的不断发展，充分要求利用机车每一轮对的黏着重量，以实现最大的黏着牵引力，在这种情况下，就倾向采用组合传动。组合传动还有利于降低牵引电机单位功率的重量，电机功率越大，其重量指标（即每kw功率的重量）越低，在相同容量下，电机的造价也将降低。此外，采用组合传动还可以将传动齿轮进行不同的搭配来改变传动比，这样就可以实现同一台机车既可以成为高速客运列车，也可以作为牵引力大的低速货运机车，使机车和牵引电机具有通用性。（三） 抱轴式悬挂抱轴式悬挂是指牵引电动机一侧通过滑动轴承抱在机车动轴承上，另一侧通过弹性缓冲装置悬挂在机车转向架的横梁上。这种悬挂的牵引电动机，其重量约 般是直接压在机车动轮轴上，称为簧下重量；另一半通过转向架经轴箱弹簧压在轮轴上，称为簧上重量。故这种悬挂方式有时也称为半悬挂。抱轴式悬挂结构简单、检修方便、成本较低。但由于这种悬挂方式牵引电动机一般重量直接压在机车动轮轴上，呈刚性连接，使机车与钢轨之间的动力作用直接传到牵引电动机，影响牵引电动机的正常工作。（四） 架承式悬挂架乘式悬挂就是将牵引电动机完全固定在转向架上，这样，牵引电动机的全部重量都成为转向机减震弹簧上的重量。因此线路动力作用对牵引电动机工作的不良影响将大大减少，克服了抱轴式悬挂的缺点。但这种悬挂方式由于牵引电动机是簧上部分，在机车运行过程中牵引电动机的转轴中心线与机车动轮轴中心线会产生较大的相对移动。四、牵引电动机的常见故障原因及其处理办法（一） 轴承故障原因分析:由于牵引电机的工作条件恶劣，其轴承常见故障症状有保持架铆钉松动、断裂或外围挡边偏磨，滚性及滚道剥离、灼痕、拉伤、裂纹、歪磨或径向间隙增大，内圈松动或咬死，轴电流电蚀及润滑脂变质，轴承甩油箱松动变形等。因此往往引起振动及噪声增大，导致小齿轮碰撞磨损、绕组绝缘损伤、联接线断裂、换向不良、引起接地或环火、甚至发生转子咬死难于转动而裂轴等恶性事故。处理办法：1、轴承损坏。更换轴承。2、轴承与轴配合过松或过紧。过松时在轴承上镶套，过紧时重新加工轴到标准尺寸。3、电机两端端盖或轴承未装平。将端盖或轴承止口装平，旋紧螺栓。（二）主附极和补偿绕组接地原因分析：机座内面尖棱、焊瘤、凸台及线圈护罩和弹簧垫板压伤绝缘，更多的情况是主附极线圈在运行过程中受到频繁的振动冲击，致使线圈或紧固螺栓松动，引起绝缘磨损及绕组短路。有时还发生线圈联线绝缘卡破接地，少数情况也有因定子绝缘受潮油污或过热老化损坏绝缘所致。对补偿绕组主要是端部或联线固定不牢，受振动冲击力和过载磁拉力产生变化后，可能使绝缘破损接地。除开明显是绕组低电位接地外，发生绕组接地故障后，要暂时切除该电动机。处理办法：认真清理机座安装线圈的凸台面，并对整个线圈加装环氧酚醛玻璃布垫。各线圈压弧时和装配时，都要注意做到不损伤线圈绝缘。对线圈引线头和铁芯间的间隙要用绝缘板垫紧。由于加装了弹簧垫板还不能从根本上解决主附极绕组的接地问题；宜取消线圈护罩和弹簧垫板，实行环氧树脂浇注或上胶聚酯纤维毡压绝缘结构一体化，特别是环氧树脂浇注一体化能很好地提高主附极绕组的耐振、耐潮、导热和电气性能，或采取填充泥固化成一体。对补偿绕组，除槽部特别是槽口应保障绝缘良好外，在两端应加装绝缘绑扎箍环防止端部变形。将补偿槽由向心槽改为平行槽后，则补偿线圈可采用预制成型的连续绝缘，能明显提高补偿绕组绝缘能力和有利造修。此外，应注意固定和保护联线绝缘，特别注意卡子处不要损伤联线绝缘。各对地绝缘应包扎均匀紧固，最后整个定子施用整体浸渍无溶剂漆以提高绝缘能力。并注意保护牵引电动机有足够的通风量和避免绝缘受潮油污。对于绕组及联线的活接地，则应细心加以判别。（三） 主附极和补偿绕组联线及引出线断裂原因分析：线圈引线头焊接不良，联线接触不好发生过热，引出线拐弯处应力集中。更主要的是联线悬空过长及震动冲击疲劳断裂，其中影响最大的是传动齿轮啮合不良和磁极紧固螺栓松动引起振动冲击。此外，引出大线电缆的接头处开焊或振动磨破外表绝缘也有发生。在主附极绕组实现绝缘结构一体化后，绕组联线就成为定子绕组的薄弱环节，特别应加强改进。定子绕组联线完全断裂后如果是处于满磁场工况，则串激牵引电动机一般将不能工作。如果主极绕组联线断裂是处于磁场消弱工况，将会造成磁场消弱电阻发红烧损。处理办法：对定子线圈引线头推荐采用压弯出线工艺，以省去银铜焊接引线头，并注意控制引接线的拐弯圆角和弯制后退火处理以消除内应力。对联线各接头可采用高频电流焊接或其他确保联接质量的方法，各接头处的绝缘填充及包扎要注意做到紧密。对于联线的固定，推行用外橡胶缓振绝缘垫，再用螺栓卡压强力固定。并要求各支承点间距离不应超过15厘米。对引出大线电缆接头压接后要采用搪锡焊接，并且也应该增加出线口处固定支点与改善绝缘环境。定子绕组绝缘结构一体化后，能有利减轻振动冲击对联线的影响。作为最根本的措施，应将联线改为薄铜片或铜丝编织的绝缘软联线，其中首先应考虑将换向极绕组与刷架联线和主极绕组C2引出线改为绝缘软联线。实际运行证明，软联线对减少联线断裂是行之有效的，当然也是应该设法减小振动冲击对定子联线的影响。（四） 定子、转子铁芯故障检修 原因分析：1、轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦，使铁芯表面损伤，进而造成硅钢片间短路，电动机铁损增加，使电动机温升过高， 2、拆除旧绕组时用力过大，使倒槽歪斜向外张开。3、因受潮等原因造成铁芯表面锈蚀。处理办法：1、 用细锉等工具去除 毛刺，消除硅钢片短接，清除干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。2、 用小嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿槽复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。3、 用砂纸打磨干净，清理后涂上绝缘漆。（五） 电动机不能启动或带负载运行时转速低于额定值原因分析：1、电源未接通。2、熔断器的熔体熔断。3、电压太低。4、过载保护设备动作。5、定子绕组中有一处断线。6、轴承损坏。处理办法：1、 检查线路上的接头是否有油污，灰尘；接线头松脱时，须将螺栓旋紧；检查开关的的触点，如不能修复应更换新开关。2、 按设备容量计算，更换新熔体。3、 室内外的绝缘导线太细，起动时电压降太大，可更换适当的较粗导线。4、 若因过载保护设备的选用调整不当，则可适当提高整定值。5、 用万用表，绝缘电阻表等检查定子绕组的断路处。当个别绕组发生局部短路时，电机还是能起动的，这时能引起熔体熔断；如果短路严重，电动机的绕组很快冒烟，这时电机必须拆线重绕。6、 将转子拨动，用螺钉旋具尖端放在轴承盖处用耳听或用手摸，检查出来后更换新的轴承。（六） 电机有不正常的振动或响声原因分析：1、电动机的地基不平，电动机安装不符合要求。2、转子与定子摩擦。3.转子不平衡。4、滚动轴承在轴上装配不良或轴承损坏。处理办法：1、检查地基及电机的安装情况，加以纠正，并将松动的地脚螺栓用螺母旋紧。2、校正转子中心线；锉去定子，转子内外圆的硅钢片突出部分；更换轴承。3、将转子在车床上用千分尺找正后，针对具体情况，将转子铁芯或轴加以修复。4、检查轴承的装配情况或更换新轴承。（七） 电机温升过高或冒烟原因分析：1、定子绕组有短路或接地故障。2、转子运转时和定子铁芯相摩擦，致使定子局部过热。处理办法：1、打开电机，检查定子线圈，用目测，耳闻，手摸检测短路处。如短路严重，则更换电机。2、检查定子铁心是否变形，轴是否弯曲，校正好转轴中心线；更换磨损的轴承。（八） 电机环火原因分析： 电机本身:电机碳刷与换向器接触不良碳刷刷盒松动或装 置不当碳刷与刷盒配合不当碳刷压力不当或不匀刷架圈涨紧 螺栓松动或定位块开焊脱落碳刷位置不在中性线上碳刷磨损过 短或型号、尺寸不符合要求换向器表面不光洁、不圆或有污垢等原 因都可以引起电机换向不良而导致电机环火。 操作不当:电机长时间过载运行电机长时间高速空转在 运行中打换向手柄进级（打逆电）操作不当都可以造成电机环火。 采取措施 ：电机本身:研磨碳刷使其与换向器圆弧面贴合，并在轻载情况下运行 0.51 小时。 检查并紧固碳刷刷盒固定螺丝。 用塞尺测量碳刷与刷盒孔宽度方面的间隙。调整刷盒压指压碳刷的压力值。 检查刷架圈涨紧螺栓应紧固，定位块与机座焊接牢固。 使用中性位测试仪或用感应法重新校碳刷中性位。 检查所使用碳刷长度。 重新光刀、研磨换向器表面和下刻云母板，同时对换向器表面进行擦拭保洁。 机车操作：保证电机在允许的工况下运行，注意尽量避免在长 坡道上长时间启动机车。 运行时应注意不要空转，若一旦发生空转 应及时退手柄或撒砂进行控制。 在运行中禁止打换向手柄进级（打逆电）。(九) 窜油原因分析：油封不良及电机本分结构不合理所引起。处理办法：首先改进传动齿轮罩的装配工艺，如增强齿轮罩分箱面接触处的刚度，采用聚硫橡胶粘接其接缝处，并可以考虑适当提高齿轮润滑车轴油的粘度。对电枢滚柱轴承的油封，应减少与转轴间的间隙，并在油封迷宫入口处圆周涂抹密封胶或设置朔料甩油环。在传动端端盖的筋条上设置多个通大气孔，以抵消后端盖中心部的负压吸入作用。对抱轴承，则在轴瓦内面和领圈上画回油沟，油箱上设置回油孔，并增设油封外档板，防止齿轮箱油与抱轴润滑油相窜。(十) 电刷故障原因分析：1、有铜刺和尖棱。2、电刷压力太小。3、各电刷压力不匀造成负载分配不均。处理办法：1、重新倒角2、调整压力或更换弹簧。3、换不等高电刷，调整个别电刷的压力。(十一) 磁极绕组过热原因分析;1、并励磁场线圈部分短路。2、电机气隙太大。3、电机转速太低。处理办法：1、可用电桥测量每个线圈电阻，检查阻值是否相符或接近，电阻值相差较大的应拆下重新绕制。2、查看励磁电流是否过大，拆开调整气隙。3、应提高转速。五、牵引电动机的检查与维护（一）换向器的维护保养换向器是直流电机的重要部件，它在高速旋转时的机械稳定性以及其表面氧化膜的状态对电机换向器性能的影响很大。1.应经常注意观察换向器工作表面。许多牵引电动机的故障在尚未造成前，可以根据换向器表面的异常状态早作诊断，找出故障原因和部件，及时进行处理。2.经常用干燥的压缩空气吹扫换向器表面，如有油垢，可用浸有少量酒精或丙酮的无毛抹布擦拭干净，并注意不要用油垢的或不干净的手去触摸换向器表面或更换电刷；如换向器表面有较明显烧损痕迹而用无毛抹布擦拭无效时，可用0号玻璃砂布进行清擦。3.检查换向器V形云母环伸出部分的 表面状态，应经常保持该部分清洁，如有烧痕，应用玻璃砂布把烧损处打磨干净后，图以绝缘漆。（二）电刷装置的维护保养刷架装置是电机的重要部件之一，其质量的好坏直接影响电机的换向性能，因此，必须对它有足够的重视并经常进行维护保养。1、检查耍握及连线紧固螺栓是否松动，特别是刷架连线接头是否接触良好。2、常将电刷在刷盒孔上下移动几次，除去碳粉及其他杂物，以保持电刷活动自如。并用塞尺检查电刷与刷盒孔间的间隙是否在限度范围内。注意检查刷辫不要碰上换向器的升高片，以及检查电刷是否破损，刷辫是否脱落，若有应及时更换。3、用电刷压力测试仪检查电刷压力是否在规定范围内，同一刷盒其电刷压力不应相差3N。4、检查所使用的电刷牌号和制造厂家规定应一致，更换电刷时同一电机应使用同一厂家同一牌号的电刷；同一电机所使用电刷的高度差及同一电刷的双分裂电刷的高度差不应超过规定数值，否则应进行更换。5、检查刷盒底面相对换向片的平行度符合技术要求，刷盒底面与换向器表面距离应在24mm范围内。6、换电刷前，应先打磨电刷接触面，使其与换向器圆弧面贴合，以保证良好的换向。7、检查并调整刷盒，以保证刷盒上的电刷在电枢窜动范围内都在换向器工作面上。8、经常应用干燥的高压空气吹扫刷握，用干净布擦拭绝缘刷杆外表面的油垢及污物。9、锉掉连线接头和刷盒上因飞弧而造成的铜瘤或铜毛刺。10、换损坏刷杆时，应重校刷杆等分度。若在机车上更换同一刷握的两个刷杆，应先更换一个刷杆，紧固定位后再更换另一个刷杆，并做好刷杆位置标记。不允许两只刷杆同时拆下更换，更换会影响刷盒的中位性。11、检查刷架圈定位销及撑紧装置的固定情况。（三）电枢轴承的维护保养轴承是电机中比较关键的部件，电枢轴承烧损，会使转子固死、造成机破。1、经常检查电枢轴承的温升2、检查电枢轴承和抱轴轴承的密封情况是否良好3、电枢轴承用3号锂基脂润滑，轴承室内润滑脂不能太多或太少，否则会引起轴承发热。总结我国社会经济在21世纪已经进入了一个快速稳定的发展时期，因此提速与重在依然是我国未来铁路发展的主旋律。未来10年到20年，我国铁路牵引动力运载工具要发生巨大的变化，以高速动车组和大功率交流传动客货运电力机车为标志的铁路运输装备的升级换代，将引发电力机车牵引技术的巨大进步与飞跃；以单司机值乘、长交路轮乘制为标志的乘务制度实施，将引发机车运用于管理制度的变革。自主摸索研发生产动车组和先进的交流传动机车已远远不能满足铁路运输的发展，需引进国外先进技术和成熟运用经验，快速扩充我国铁路网规模，提高路网档次与质量，快速完成机车车辆运载工具的技术升级换代。通过调研，我学到了书本以外的知识，要研究机车存在的问题必须到生产的第一线，接受教育，走理论与实际相结合的道路。在电力机车上调研，不仅使自己的理论水平得以提升，而且增强了自己实际观察、分析能力和应用能力。在调研的过程中，我明白了一个道理：实践出真知。要胜任这里的工作，必须踏踏实实学好技术，只有如此，才能在未来的工作中，把自己学到的理论知识和实践经验应用到实际工作中去，充分展示自我价值与才能。经过我的不懈的努力，通过对所学知识的综合运用及拓展应用，我终于完成本篇论文，在整个设计过程中，出现过各种各样的难题，