HXD3电力机车牵引电机的主要故障及检修

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 II\o"CurrentDocument"绪论 1\o"CurrentDocument"一.HXD3牵引电机的结构 2\o"CurrentDocument"1、 定子 2\o"CurrentDocument"2、 转子 3\o"CurrentDocument"HXD3牵引电机的常见故障及原因分析 7\o"CurrentDocument"1、 定子距间短路故障分析 8\o"CurrentDocument"2、 转子故障激励分析 8\o"CurrentDocument"3、 轴承故障机理分析 9\o"CurrentDocument"HXD3牵引电机检修规程和检修工艺 9\o"CurrentDocument"1、 交流电力机车的检修模式 9\o"CurrentDocument"2、 检修过程 10\o"CurrentDocument"交流电机的日常维护 12\o"CurrentDocument"论文总结 13\o"CurrentDocument"参考文献 13摘要我们这篇论文主要是写了HXD3型电力机车的牵引电动机结构、维修等。在探讨课题的过程中，了解到了牵引电机的结构，工作特点，以及常见故障、维护保养和检修工艺。本文第一章为HXD3型电力机车牵引电机的特点，其中包括了基本功能、工作特点以及冷却方式；第二章则是其结构，主要包括了定子、转子、轴承及润滑结构、速度传感器、温度检测装置以及通风系统；本文第三章是其常见的故障分析，其中包括了电机的故障诊断和其故障检修；第四章则为其检修工艺和检修规程，本文对HXD3牵引电机的主要故障及检修有一定的实践意义。关键词：HXD3牵引电机；故障处理；检修维护；绪论机车运行中，在牵引模式，机车电机将电能转化为机械能，通过轮对机车运行；在制动模式，牵引电机将机械能转化为电能，产生列车的制动力，此时电机处于发电状态。HXD3型牵引电机采用抱轴箱半悬挂方式。机车牵引电机与其他电机相比，工作条件十分恶劣，负载变化大，受线路冲击和振动严重，恶劣的天气如风沙、雨雪、酸碱性气体影响侵蚀严重。对于由逆变器供电的牵引电机来说，当元件关断时，尖峰脉冲对牵引电机绝缘会极为不利的影响；除此之外，当牵引电机在超过额定转速运行时，电源的波形为矩形波流经牵引电机的电流含有大量谐波，从而使牵引电机的工作率降低，所产生谐波转矩将使牵引电机转速波动；同时还由于工模电压产生轴电流。因此，YJ85A型异步牵引电动机针对这些不良因素，采取了相应的改进措施。HXD3型牵引电机通风冷却采用独立冷却方式。冷却空气通过车体侧墙百叶窗过滤后进入冷却风道，经过轴流风机、惯性过滤器后冷却牵引电机，最后由牵引电的出风口排出车外。每个风道内设有惯性过滤器，对空气进行二级除尘，在每个牵通风道处设有一个向车内排风的旁风口，旁风口处设有过滤网，为空气压缩机等用设备提供洁净的风源，也使车内形成微正压。

一、HXD3牵引电机的结构YJ85A电机属于我国首批大量生产和投入干线运营的大功率电力机车电机，各项指标达到国际先进水品,主要参数如表2-1所示。型号YJ85A额定功率1250Kw额定电压2150V额定电流390A额定转速1365r/min额定频率46Hz额定效率95%功率因数0.91最高转速2662r/min极数4绝缘等级（定/转）200级接线方式Y冷却空气量1.53m3/s(92m3/min)重量2600kg表2-1YJ85A电机主要参数牵引电机主要由定子、转子及轴承等组成,定转子之间有气隙。定子由定子线圈、绝缘子及机座组成。转子由转子铁芯、导条、端环及转子前后压板组成。1、定子定子绕组为双层成型绕组，成型后嵌进定子槽中。为了得到足够的机械强度、良好的电气性能与优良的热稳定性，定子绕组用端箍固定。定子整体真空压力浸漆（VPI）o整个电机的绝缘等级为200级。电机浸漆后，三相绕组用电缆线引出，经安装在定子上的引出线夹板固定后与机车直接相连。定子由定子铁芯、定子绕组等组成，图2.1所示。前端盖图2.1定子结构定子铁芯定子铁芯由冷轧轨硅钢板叠压，由上吊挂，下吊挂，小吊挂和两个通风道板与两端压圈焊接，使定子铁芯成为一个笼型壳体。定子铁芯焊完后进行喷砂和消除应力处理。定子线圈每个线圈由薄膜绕包的电磁线绕成，线圈匝间垫有绝缘，对地用聚酰亚胺符合云母作为主绝缘，外包绝缘采用无碱玻璃丝带。定严冲片用50W470硅钢片冲制而成,冲片内圆冲有72个开口帽冲片上既没有轴向通风孔也没有焊接用定位精定子冲片、楠形。吊挂组件和通风道定子铁芯的吊挂件由压成弧形的钢板和锻钢吊挂块焊接而成。铁芯上的通风道良接用钢板压制成形定子线圈线图用薄膜袋包的电磁线二根井绕绕成，剑门国匝间垫有云母绝缘。对地用聚酰亚胺复合云母作为主绝缘，外包绝缘采用无碱玻璃丝带。2、转子转子采用铜条鼠笼式结构，端环外套有护环，加工完成后槽内刷绝缘漆，铁芯外表面刷防锈漆交出前需作动平衡处理。转子主要由导条、护环、端环、平衡块、平衡块螺钉和转子铁芯等部件组成，如图2.2所示。图2.2转子结构1导条-2护环-3端环-4平衡块-5平衡块螺钉6-转子铁芯为了降低转子发热，导条采用低电阻率的无氧铜；为使鼠笼结构具有高可靠性，端环采用高强度的铭错铜，导条端部弯型后和端环采用高频钎焊一次性成型焊成一体，焊接工艺具有良好的一致性，焊接可靠性高。为防止转子导条在转子冲片槽中振动而产生断条，转子导体插入转子冲片槽中采取冲紧和端部弯型工艺，为保证冲紧效果，转子导条与转子槽装配间隙设计值很小。、轴承及润滑结构为了防止电腐蚀，轴承采用陶瓷轴承。为了防尘埃的入侵造成的润滑脂污损，迷宫式密封圈部涂上润滑脂后进行组装。轴承是电机的一个重要部件，它关系到电机能否安全运行。电机传动端轴承采用循环润滑脂，齿轮箱中的油通过齿轮箱的油道进入D端轴承盖的进油室，从D端轴承盖上部进油孔进入轴承室和轴承BC1-7088A,润滑轴承后，从回油通道流回齿轮箱。在进油室的上部和下部各设有一个进油孔，上部进油孔是主进油通道，下部进油孔用油绳基本堵住，作为紧急润滑进入电机定子内部，内轴承盖除采用无接触式迷宫结构密封外，迷宫腔数量多，长度长，并设有回油孔为防止电机内部冷却风的负压作用，还设置了气压平衡通道，密封效果好，其结构如图2.4所示。电机的非传动端轴承采用无接触式迷宫密封结构。设有油环，方便补充润滑脂。非传动端内侧密封迷宫间隙值大，数量多，既可保证安全运行，又可保证密封效果；外侧密封迷宫间隙很大，而且数量少，长时间运行后，废润滑脂将易于排到外轴承盖内，缓解轴承发热。轴承室体积大，可存储备用润滑脂多，延长重新润滑周期，其结构如图2.5所示。

图2.4电机传动端结构图1-端盖；2-内油封；3-轴承；4-D端轴承盖；5-轴承挡圈；6-油绳；7-回油通道；8-密封圈；9-气压平衡通道图2.5电机非传动端结构图1-N端端盖；2-N端轴承内盖；3-0型密封圈；4-轴承BB1-7099BB；5-N端轴承外盖；6-测速齿盘；7-内油封；8-油杯M10X1、温度检测装置在定子铁芯齿部安装有温度传感器PT100,用于检测电机的温度，PT100信号传送给控制系统，由控制系统监控电子定子铁芯温度，以及防止温度过热。（3）、通风系统YJ85A型异步牵引电机采用强迫通风冷却。通风机由风筒、叶轮及导风板等主要部件构成，风筒、导风板的使用材料为钢制。叶轮为铝合金一次成型铸件，在电动机的端部（1/10锥形轴）通过键，用止垫圈及螺母旋紧固定，牵引电动机通风机组结构如图2.7、图2.8所示。图2.7牵引电动机通风机组构造图（吸入侧）图2.8率引电动机通风机组构造图（排风侧〉⑷铁芯由冷轧硅钢片叠压而成。转轴材质为高强度合金钢、铁芯两端为铸钢结构的压圈。与定子一样。冲片与两端压阴间各有一个端板冲片点焊向成的转子端板以防冲片齿胀（5）环、转子护环转子端环用锻纯铜制成，转子护环用高强度的专用护环钢制成。二件均用整体锻出，不得拼焊。为防护环带磁性在电机运行时产生涡流发热，护环加工后除需经超声波探伤外还俞进行剩余残破量的检查。转子护环的作用是对端环及端环与导条的焊接面进行保护，所以护环材料的机械性能的稳定、化学成分的稳定.内部品格结构的均匀，加工尺寸的合格都至关重要。端环与护环问过盈址的选取也是一个很重要的问题，由于不同的材料有不同的弹性模量和线脓系数。所以在选取过盈景时应考虑电机运行中温度变化带来的影响。.转子导条转子导条的材料选用电阻温度系数较小的专用铜合金拉制或轧制(7.)转子冲片转子冲片与定子由同一张硅钢片复冲而成。定子冲片内孔落下的料，去除电机的气隙所在部分的材料后，即为转子冲片的原料。转子冲片上有二排轴向通风孔，不设径向通风槽。冲片上冲有58个半闭口槽。(8.)转轴电机的转轴用优质合金钢锻造，锻造后进行粗加工、调质、精加工和磨削加工。锻造和调质保证转轴既有高的强度又有好的抗冲击韧性，精加工和磨削加工保证转轴有好的组装性能和搞得回旋精度。转轴为外轴锥，锥度1:50,锥度大端直径季25mm,转轴全长1106mm。由于锥度面较长，为拆卸齿轮方便，轴锥上均匀划了9条油槽。二、HXD3牵引电机的常见故障及原因分析牵引电机在运行中由于不同因素的作用，结构和部件会逐渐劣化,慢慢失去原有的功能和性能，出现某些异常的工作状态随即发生故障。但是电机故障的发生都是有先兆的，初期形成时在电机稳态定子电流中都有特定的反映，采用各种检测技术测得能反映故障趋向的参数，通过进一步分析可识别电机故障类型,能及时有效的对电机进行维修，避免损坏电机。交流牵引电机常见的故障类型有:定子故障、转子故障、轴承故障及绝缘故障。定子故障:主要包括距间短路、绕组接地及相间短路等。主要原因是牵引电机长期运行在高温状态下使绝缘老化，或工作环境中的尘土、水分等物质长时间接触使绝缘击穿，以及运行时各种机械冲击力、电磁力作用使绝缘损坏发生短路。故障现象主要为:绕组出现局部过热、相电流不对称、振动加强及绝缘热解等。转子故障:主要包括转子绕组、转子本体故障。转子绕组故障包含转子断条和端环裂、转子绕组击穿和E间短路;转子本体故障主要包含转子失衡和转子偏心。转子故障严重时会使定转子之间发生摩擦而损坏电机。轴承故障:主要包括外环、内环、滚动体和保持架故障。在电机各部件中，轴承寿命相对较短，较易发生故障。内环和外环分别安装在电机的转轴和机座上,电机高速运行时,轴承内圈和转子承受很大的载荷力，容易发生故障。轴承发生故障时振动会加强，是牵引电机常见的振动源。绝缘故障:绝缘故障主要指的是绝缘体在使用过程中逐渐发生老化、过热、磨损、受潮、电晕、污染等致使绝缘性能降低。1、 定子距间短路故障分析定子绕组匝间短路是交流牵引电机常见故障，定子绕组发生故障时,其内部发生的机理是难以分析的，所以定子绕组故障分析发展的较缓慢。经研究发现定子绕组胆间短路故障发生时，相应的特征频率分量会在转子电流中感应产生，由于定、转子之间的相互耦合作用，在定子电流中也会引起一定的谐波分量。根据多回路理论，建立定子和转子绕组的电压方程，当定子距间短路发生故障时,引起绕组电感的变化，以定子电流谐波为基础，通过定子和转子之间的相互感应得到电流特征谐波。2、 转子故障激励分析断条故障转子断条故障产生原因与电机运行特点、导条结构及运行环境等有关。电机的导条和端环淳接处比较薄弱，电机在重载或启动的瞬间，转子内流过很大的电流，在转子上产生很大的热应力和机械应力，当达到疲劳极限时导条发生断裂。若不及时维修断裂的导条，在电机继续启动时，相邻部位的导条通过更大的电流，产生更大的热应力和机械应力，会造成更多的导条发生断裂。转子断条故障现象为:振动噪声增加、定子电流摆动、电机温度上升及转速波动目前电机转子断条故障诊断方法主要有定子电流检测法、转矩检测法、振动检测法及轴漏磁通检测法等，但综合比较定子电流法较为实用。转子偏心故障转子偏心故障分为静态和动态偏心，静态偏心是由定子铁芯内径呈椭圆形或定位不准确造成的，其最小气隙位置在空间是固定不变的，与转子位置无关;而动态偏心是由转轴弯曲、高速运转时的机械共振、轴承磨损等引起的。其偏心位置在空间是变化的。通常与旋转频率及转子位置有关。3、轴承故障机理分析牵引电机轴承由外环、内环、保持架和滚动体组成，内环和外环分别安装在电机转轴和机座上，电机运行时外环固定不动，内环随着转轴而旋转,滚动体在内外环间滚动。若滚动体安装不正确、受到冲击、异物落入及润滑油不良等都有可能使轴承出现压痕、裂纹及磨损现象。轴承损坏通常为不可修复性，所以应当尽早发现轴承异常,争取在故障发生前更换轴承。三、HXD3牵引电机检修规程和检修工艺1、交流电力机车的检修模式机车在运行过程中其技术状态随着走行公里数增加而逐渐变差，当达不到预定的工作性能时，机车就会发生故障，因此需对机车进行定期的检修。电力机车检修是指根据机车运用状态和科学的检测结果在机车零部件损坏之前进行的计划预防修理，以减少运用机车出现先期损坏的可能性，达到延长机车使用寿命和保证行车安全的目的。交流电力机车与传统的直流力机车不同，不能直接套用己有的大、中、小、辅修模式及周期，此外我国的线路条件、运用环境及牵引吨位等与国外不同，也不能直接套用国外的检修方式。为实现交流电力机车科学检修，需要针对不同类型的机车技术特点、检修需求及运用条件，建立科学合理的检修模式。和谐交流传动机车由国外引进技术生产制造，从2007年起陆续配属到我国铁路各运用机务段，截止2012年,己有约7900台和谐机车投入运营，和谐型机车已成为我国铁路运输的主力军。随着和谐型大功率机车批量投入运营,迫切需要建立科学先进的检修体系，有效的实现集中专业化检修模式,提高我国和谐电力机车检修水平。和谐型机车在设计结构、控制技术及传动方式等方面的独特设计，使其检修理念不同于其他机车。和谐机车的检修特点如下述：定期维修内容简化:和谐机车运行在20万Km或一年以下时，检修以性能及安全性检查为主;运行在50万Km或两年以上时，检修以深度检修及定期维修为主。日常维护检查方便:和谐机车运行在20万Km或一年以下时，检修为预防性检查为主，可在现有机务设备基础上，配置所需检测设备以满足机车维护保养方面需求。大级别检修以部件集体修、换件修为主:和谐机车运行在20万Km或一年以上时，由于机车部件与传统机车截然不同,故机车检修设备及检修工艺也不同，运用维修段和检修基地现有设备难以满足检修要求，需重新配置相关检修设备。部件设计维修理念较新:和谐机车新颖的设计理念和特殊的部件结构，决定其检修工艺及设备的独特性。配套的检修设施应结合自身特点并兼容其他车型统筹考虑。考虑到我国和谐型大功率机车“长交路、轮乘制”的运用实际,并且结合机车P3走行公里、负荷情况及机车部件寿命等因素,将和谐机车的检修等级分为日检、半月检、月检、季检、半年检、1年检、2年检、6年检、12年检9个等级。其中运用维修段负责1年检及以下修程,检修基地负责2年检和6年检。检修范围见表1-1所zKo表1-1和谐型机车检修周期及范围修程检修范围检修场所运用整备整备各项工作内容运用维修段例行检查（日检、半月检、月检）更换补充损坏部件、检查各部分工作状态、性能及车下悬吊件运用维修段重点检查（季检、半年检、1年检）机车性能及安全检测运用维修段系统全面分解检修（2年检）各系统分解检查、必要时给机车喷漆检修基地整车全面分解检修（6年检）机车整体分解检查、大范围更换零部件，并给机车喷漆修理厂检修基地整车技术改造翻新全车分解检查、现代化改造及技术等级提升修理厂运用维修段和检修基地是机车检修的直接业务部门,这两部门应不断的积累检修实践经验，以先进的维修理论为指导，逐渐优化检修方式，科学界定检修周期。通过构建机车及重要部件的履历，跟踪整个生命周期，完善检修工艺，优化检修成本,提升检修质量，为和谐机车的安全经济运行提供良好的条件。2、检修过程（1）定、转子的检修定子的检修：用1000V兆欧表，测量定子绕组对地的绝缘电阻应不低于100MQ。用双臂电桥或TZ测量仪测量定子三相绕组冷态直流电阻，20°C时绕组的线电阻为0.07948±10%Q,测量值折合到20°C时应在此范围内，三个线电阻与线电阻平均值的差不应超过平均值的±4%。允许用2500V兆欧表或升高电压的方法判断击穿点。定子应保持良好的清洁状态，绕组端部、槽口、通风孔内不许积存油污和灰尘。用50Hz、4590V正弦交流电进行对地耐压检查，Imin无击穿闪络现象。轴、封环、平衡块、护环、端环、支架不得有裂伤变形及松动。轴锥面不许有擦伤、划痕等缺陷。转轴轴承位和轴锥面及轴锥过渡圆角处应磁粉探伤检查，不得有裂纹平衡块丢失、松动、空转振动大或经重新刷漆，转子需做动平衡试验。转子残余不平衡力矩为62g-cm（即不平衡量3g）o经过上述检查确认定子没有缺陷的，首次修可不浸漆，以后二次修时应补一次浸漆。浸漆最好用真空，确实条件有限时也可用普浸代替，但不论是否浸漆都应喷一次表面漆；转子若用导条振动仪检测发现振频低于1600Hz时应补刷绝缘漆，以充实转子铁心槽。与定子一样检修后都应喷一次表面漆。⑴端盖的检修检查端盖的螺纹孔，止口面等，状况应良好。端盖有裂纹，允许焊修加固处理。端盖轴承安装孔座或内封环磨损拉伤时，可用金属喷涂或电刷镀方法修复，恢复至原形尺寸。⑶轴承的检修轴承内外套圈、滚动体、工作表面及套圈的配合面，必须光洁。不许有裂纹、磨伤、压坑、锈蚀、剥离、疲劳起层等缺陷，有缺陷的应报废。轴承保持架不许有裂纹、飞边、变形。钏钉或螺钉不许有折断、松动，防缓件应作用良好。轴承的清洗，应采用能在轴承表面留下油脂的清洗剂。轴承拆装时，严禁直接锤击。加热温度不得超过120°Co轴承内圈与轴的接触电阻值应不大于统计平均值的3倍。轴承更换要成套，并分别在内、外圈上标明安装日期，下次检修时外圈要转动90°〜120。注意：绝缘轴承外圈上严禁使用刻划。更换轴承时，必须检查轴承内圈与轴径的配合尺寸，选配过盈量应符合技术要求和限度的要求。⑷试验:为保证电动机的检修质量，解体检修过的电机均需进行运转试验，以考核电机的运转状态，及时消除不良。试验包括：空转试验，电机在50Hz正弦,1500V电源驱动下，正、反转各15mm,测量轴承温升不超过35Ko热态绝缘电阻测定:用1000V兆欧表测量定子绕组对地绝缘电阻应不低于10MQ,用500V兆欧表测量定子对转轴绝缘电阻应不低于5MQo电机检修各项数据均按检修记录表要求详细记录。四、交流电机的日常维护日常维护对减少和避免电机在运行中发生故障是相对重要的，其中最重要的环节是巡回检查和及时排除任何不正常现象的引发根源，泛起事故后当认真的进行事故分析、采取对策，这是减少事故次数和进步电机运行效率必不可少的技术工作。电机的日常维护对其正常运行虽然非常重要，但运行中的电机往往会碰到很多突发况、如短路、过载。为了使电机在发起这些情况的前提下不至于被损坏，必需采取一些运行保护措施：保持电机清洁、电机内部不得进入水珠、油污、灰尘等。并按期清除电机内外的灰