HXD3型电力机车牵引电机的主要故障及防治措施毕业论文

目录TOC\o"1-5"\h\z摘要、关键词 1一、 牵引电机概述 21牵引电机的结构 32牵引电机的工作原理 5二、 HXD3型电力机车牵引电机主要故障原因 61流经牵引电机轴承电流牵对电机导致牵引电机的影响分析 62轮对表面擦伤或剥离引电机轴承故障的影响分析 73牵引电机轴承安装方式与齿轮齿形窜轴或固着的影响分析 7\o"CurrentDocument"4牵引电机过压过流的影响分析 9\o"CurrentDocument"三、 HXD3型电力机车牵引电机主要故障的防治措施 12\o"CurrentDocument"1对回流装置EB1-EB6的检查防治措施 12\o"CurrentDocument"2牵引齿轮箱开箱检查处理 13\o"CurrentDocument"3利用牵引电机控制预防措施 14\o"CurrentDocument"4牵引电机接地故障处理 14\o"CurrentDocument"5电机转速显示故障处理 15\o"CurrentDocument"6加强轮对对踏面检查预牵引电机轴承故障 158牵引电机的保养与维护 17\o"CurrentDocument"结束语 18\o"CurrentDocument"致谢 19\o"CurrentDocument"参考文献 20摘要：HXD3型电力机车是中国铁路的干线货运用电力机车车型之一，是“和谐型”大功率交流电力机车系列其中一型，其牵引电机以齿轮传动方式将输出的转矩传递给轮对。牵引电机轴承窜轴，轴承固着等故障，这些故障均由乘务员在用于机车运用过程中停车检查中及机务段对牵引电机修理时发现。给正常安全运输生产带来极大的隐患，本文主要对于牵引电机轴承固着的分析以及机车电机、齿轮箱电路控制等分析。提出如何提前发现故障和预防这些故障的处理、操作、思想方法。降低其对生产运输的的影响。关键词：HXD3电力机车故障防护措施一、牵引电机概述1.HXD3型电力机车牵引电机的结构（1） 整机结构电机与机车的连接方式为滚动滚动抱轴结构，单端外锥轴斜齿轮输出，输出面锥度为1：50；电机带有一支磁电式速度传感器，测速是通过装在非输出端轴头的测试齿盘来完成；电机采用三轴承结构，传动端采用NU型绝缘圆柱滚子轴承，非传动端用一个NU型绝缘圆柱滚子轴承和一个QJ型绝缘四点接触球轴承，三个轴承均采用国产的铁路牵引电机专用润滑脂润滑。采用绝缘轴承是为了防止制造中转子和电子不同心，或异变器脉冲电源在电机轴承上产生轴电流；电机采用轴向强迫通风方式，冷却风从非传动端端盖径向通风孔进入，经过转子通风孔，定转子间的气隙，定子背部的通风道后，从传动端端盖轴向排除；电机的两端的端盖均为铸钢结构，在电机定子与传动端端盖间还有一个定子过度盘，此件也为铸钢结构；在电机两端盖处均设有注油口，在维护保养时可以按要求进行定时，定量补充润滑脂。（2） 定子结构定子无传统的框架式机座，直接用硅钢片叠压而成，钉子采用开口式槽型。定子槽内垫有槽绝缘，绕组为双层硬绕组，根据接线需要，绕组的引出线做成五种长度形式，因此无需过渡连线，钉子的槽楔用绝缘材料制成且很薄。定子的三相引出线接成Y形，绕组与三相引出线电缆线间有一过渡连线此过渡连线可以减少连线间截面积的过大变化和电流密度的过大变化，三相引出线采用机车专用电缆。电机设有接地线，接地线也采用机车专用电缆。针对变频电机需在较高频率下运行的特点，绕组采用聚酰亚胺薄膜带熔敷的导线两根并绕而成。为了得到足够的机械强度、良好的电气能与优良的热稳定性，定子绕组用端箍固定。钉子整体经过真空压力浸漆（VPI），电机的绝缘耐热等级为200级。定子铁芯定子铁芯由冷轧硅钢板叠压，由上挂件、下挂件、小挂件和两个通风道与两端定子压圈焊接，使定子铁芯形成一个笼形壳体，定子铁芯焊完后进行喷砂和消除应力处理定子冲片用50W470硅钢片冲制而成，冲片内园有72个开口槽，冲片上即没有轴向通风孔也没有焊接用定位槽。吊挂组件和通风道定子铁芯的吊挂件有压成弧形的钢板和段钢吊挂块焊接而成，铁芯上的通风道直接用钢板压制成型。定子线圈线圈用薄膜绕包的电磁线二根并绕绕城，线圈匝间垫有云母绝缘，对地用聚醚亚胺复合云母作为主绝缘，外包绝缘采用无碱玻璃丝带。转子结构转子为鼠笼式结构，鼠笼由专用铜合金导条与段纯铜的端环用感应焊焊接而成。端环一侧车一较浅的环槽，导条与端环进行进行对接焊接，称为对接式结构。为防止导条在铁芯槽内出现窜动，导条打入槽后，用专用滚压机将导条滚压胀紧;为提高端环抗高速旋转时产生的离心力的强度，鼠笼焊成后，端环的外圆经过加工在套一个护环；护环用高强度的专用护环钢制成；转子经过动平衡检验，避免高速旋转时对整机带来的震动。转子铁芯由冷轧钢片叠压而成，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，冲片与两端压圈间各有一个端板冲点焊而成的转子端板以防冲片齿胀。转子端环、转子护环转子端环用段纯铜制成，转子护环用高强度的专用护环钢制成。两件均用整体锻出，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需进行剩余残磁量的检查。转子护环对材料机械性能稳定、化学成分稳定，内部晶体结构均匀、加工尺寸都有严格要求转子导条转子导条的材料选用由电阻温度系数较小的专用铜合金蜡质或轧制。转轴为了完全防止电腐蚀，轴承采用陶瓷轴承。为了预防尘埃的入侵造成的润滑脂的污损，迷宫式密封圈部涂上润滑脂后进行组装。在驱动侧采用向心滚子轴承，在驱动相反侧采用向心圆柱滚子轴承及三点接触滚珠轴承，考虑到轴承的载重选择合适的轴承尺寸。速度传感器一般采用双脉式的速度传感器在驱动相反侧的断面处。因为这个速度传感器将两个传感元件内置在一个传感器体中，结构极为简单，速度传感器只安装在安装底座上，不需要进行缝隙调整等操作。速度传感器由速度传感器本体和齿轮构成，检测主电动机的转速，将控制车辆的速度用的矩形的脉冲信号输出到控制装置。通过两个脉冲信号的交错，主电路的旋转方向（前进后退）也同时进行检测，因此，在车辆行驶中起着非常重要的作用。速度传感器只通过紧固螺丝安装到主电动机上，齿轮和转速传感器前端的检测间隙就能达到规定值（50.8±0.15mm）。因此不需要进行间隙调整。速度传感器间隙如（图二）。图1速度传感器间隙2HXD3牵引电机的工作原理电生磁:在鼠笼式三相异步电动机的铁芯里，对称的镶嵌放着三相电枢绕组，可分为三个集中线圈UX、UY、UZ表示，其转子是一个闭合的多项绕组。三相电动机的定子三相对称绕组通入三相对称电流时，将产生一个一同步旋转的定子旋转磁场，在接通电源瞬间，转子开始是静止的，即转速为0，定子旋转磁场遇导条之间相对运动，转子导条切割定子磁场而感应电动势，方向右手定则判断。磁生电：因为转子绕组自成闭合回路，所以转子导条中会形成感应电流。假如转子电流或转子感应电动势同相位。电生力矩转：子载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则判断。电磁力对转子形成与定子旋转磁场同方向的电磁转矩，驱动转子及其连接的生产机械旋转，从而将输入的电能转变为机械能输出二、HXD3型电力机车牵引电机的常见故障及分析经过研究HXD3型电力机车牵引电机发现牵引电机其主要故障在于牵引电机轴承固着、窜轴、轴断、牵引电机过压过流产生的牵引数据不符合而引发的车载危机等故障以及引发这些故障的原因有以下1流经牵引电机轴承电流2轮对表面擦伤或剥离3牵引电机过压过流下面对这些引发牵引电机故障的可能性逐一进行分析，最后提出该如何防止和解决这些故障的措施。1流经牵引电机轴承电流的影响分析HXD3机车一次测流是通过受电弓，经高压隔离开关和主断路器，通过高压互感器进入机车，经25KV高压电缆与变压器一次侧一端，到变压器一次侧另一端通过6个并联回流装置EB1-EB6（如图2所示）从轮对回流至轨面由于一次侧电流时通过轮对对回流至钢轨，就会不可避免出现电流流经轴承表面问题。电流流经轴承表面，就会产生点火花，从而熔融轨道表面，形成电流腐蚀。由此可在轨道表面形成可见斑点，在显微镜下课观察到斑点是由细小的凹坑簇集而成，进一步发展就可导致波纹状表面。这种斑点将导致轴承表面远行恶化、过热从而引起轴承固着故障。2轮对表面檫伤或剥离的影响轮对表面出现檫伤或剥离问题，随机车高速远行，檫伤部位将对钢轨产生周期性冲击作用，这种冲击力的反作用力的一部分将会作用到牵引电机轴承上，速度越大这种冲击力越大，从而引发电机轴承故障。严重可产生牵引电机轴承断裂3牵引电机轴承设计安装方式与齿轮齿形的影响HXD3机车机车牵引电机传动端采用圆柱滚子轴承，非传动端采用双轴承结构，承受径向力的为四点接触球轴承。HXD3机车牵引电机的齿端小齿轮与轮对

米用斜齿配合。斜齿轮从原理上讲在传递力矩的过程将产生力矩，这个轴向力随牵引电机不同转向而向反。四点接触球这后走出从结构上讲，其承受轴向作用力能量是有限的。过大的轴向力极易导致其发生故障，从而引起窜轴或固着。w-_w1015?w-_w1015?图2机车主电路图4牵引电机过压过流的故障分析（1）HXD3型机车是铁道部引进大功率交流传动电流机车项目之一，其牵引电机出现过压、过流保护问题从车载危机故障记录和现场数据监测记录分析，机车在惰性状态下，逆变器的运转模式的转矩电流为零，电机中只有磁通电流，也就是说，电机中指通过励磁电流，电机电流应当为一个恒定值，但从实际监测数据记录中看出，尽管转矩电流指令为零，励磁电流指令为恒定值，电机电流也有变动。另外从速度检测记录中看出在转矩指令为零的状态下，电机没有驱动力，自轴速度应显示和基准速度相同的数值，但从途中记录的数据可以看出，自轴速度

高于基准速度约有10KMh的速度差别。由此可见，逆变器检出速度与电机实际速度不一致。速度检测的拆别照成向牵引电机传送无效电流而产生负荷变动，主电路出现二次电流变动，产生2次过流过压，并发生保护。交探电L2次旭源7,2次电施指令iw,也能电性上交探电L2次旭源7,2次电施指令iw,也能电性上竹舞柴。j传矩眼而掐令蹴通电慌18令4*”电机电波/MII）WRTWI）FR发生了电机过电源图3故障记录图；@愎为产生了不找定的稣识别,所以一七向电挑伎送了无效电谶由此产生了负荷史可，主电路功率发生了变幼:①以此种条件的话，电机电宏L--约为KMJAW该母一定的：祖地M＜实际戚度不，致，所以在电机中发生r无效电海，电床：2如果扭职为胃的话，辅速度

应该机基椎逢，度相同。自轴谏度.・23Hz均有1。km/h的差（2）通过故障现象，对可能造成速度识别错误的几项重要原因进行判断分析。有以下几点速度传感器故障和速度传感器的接口电路板故障。该故障可视为元件本生故障，元件本身发生故障时，会产生永久式故障。元件本身发生故障时，会产生永久式故障的情况很多，在故障发生是就会检测出速度传感器异常，并在微机故障显示屏中记录显示，而且始终无法恢复或解除。然而这次问题发生时，微机故障记录中内有速度传感器异常故障，所以可以排除速度传感器和速度传感器的接口电路电路板出现质量问题。速度传感器电缆及传输信号受到外部信号干扰故障。速度信号的传输如图所示。图4外部信号干扰由于干扰导致的故障，速度传感器的电缆及传输信号受到外界信号的干扰产生重叠，有可能将干扰信号当做速度信号，即检测的速度信号中包含了干扰信号。由于识别识别速度和实际速度不一致，才发生电机过流和中间电路直流过压故障。速度信号的检测阈值得大小问题关于速度传感器的检测，即速度传感器的接口电路板对速度传感器输出的脉冲信号的检测，如果脉冲信号的电压大于速度传感器的接口电路板的阈值电压，则认为是高电平，这个速度信号将进一步被转换成TTL电平信号。正常情况下，选择速度传感器的接口电路板时，要符合速度传感器的特性，以取得两者之间的匹配。通过检查HXD3机车转载的速度传感器和速度传感器的接口电路板电路参数，发现脉冲电压检测阈值与速度传感器的接口电路板的检测阈值不一致，检测的并不是正常脉冲信号，只是勉强维持信号检测，从而可以判定，在速度传感器和速度传感器的接口电路板的选配使用上出现了问题。通常电源驱动型速度传感器有两种输出类型如（图5）所示两种传感器分别匹配不同类型的速度传感器的接口电路板，速度传感器的接口电路板电路是处理电压输出型速度传感器的输出信号的电路PULLUP类型的速度传感器是通过速度传感器PULLUP电阻和速度传感器的接口电路板的负荷电阻分压后的电压来进行输出的。PUSHPULL类型的速度传感器，在传感器内部未装有PULLUP电阻，所以不会和速度传感器的接口电路板的负荷电阻发生分床，所以安装人员很容易搞错，从而引发牵引电机过压过流故障图5电源驱动型速度传感器类型三、HXD3型电机机车牵引电机的故障预防措施1对回流装置EB1-EB6的检查防治措施由流经牵引电机轴承电流影响机理分析可知，一旦回流装置发生故障或接触不良，一次测流不能通过回流专职回流到钢轨，势必将导致该回流部分通过对轴承和牵引电机轴承回流到钢轨，从而造成该处所有轴承出现电流腐蚀。这种福腐蚀达到一定程度，就将导致运转中轴承过热固着，引发机车故障。2009年10月14日，发生HXD3-445机车第4电机轴承固着故障，在10月25日更换电机后，十一月四日小修发现回流装置EB4出现质量问题，该装置碳刷四周出现1mm左右凹凸痕，纯在卡阻现象，有过热及烧灼迹象图6问题碳刷从上述情况来看，加强对回流装置EB的检查对预防牵引电机轴承故障是有一定意义的。在防止牵引电机轴承故障的措施中，加强回流装置的技术检查必不可少，应将其纳入预防故障技术检查措施中，建议每次小辅修时打开牵引电机齿轮箱检查孔盖进行检查。对回流装置的检查要求：1.检查接地电刷不小于59mm，接触面良好并且不少于百分之八十，连接线状态良好，连接应牢固；2.集电环状态良好，无异物;3.弹簧无裂纹，无变形；4.各部固定螺栓紧固良好，密封良好。2牵引齿轮箱开箱检查HXD3型机车的辅修周期为走行5.0（1+5%）万km，修制安排为：辅一辅一小，小1-小2-小3-中1，中1-中2-中3-大1因此定期在小修辅修时打开牵引变速齿轮箱检查牵引电机油封状态太，对提前预防牵引电机窜轴，轴承故障有良好的作用。由于牵引电机油封由转子齿端过量程套管和电机齿端端盖组成的迷宫式油封，在外观上是看不到的，只能通过观察过量套管外端与牵引电机齿端端盖位移变化进行判断。即通过用高度尺寸进行两端面距离测黑色污渍或杂质时，必须打开齿轮箱检查孔盖检查牵引电机油封状态。对牵引电机及齿轮箱结构研究发现，该结构不同于我国DF8B、DF4A、DF8B型机车结构。电机齿端轴承出现问题发生润滑脂泄露时，该油脂不会从电机齿端部电机压盖与齿轮箱接合面（故障时发生弹性变形漏油处）流到电机外部，而是流到牵引变速箱内部，与牵引变速齿轮箱齿轮油结合。因此如换油时发现油质异常，就必须注意及时打开牵引电机齿轮箱检查孔盖进行检查。图7润滑脂泄露3利用机车牵引电机质量控制预防措施由HXD3型机车主电路可以发现，在每一个牵引变流器的输出电路中，设有输出CCTV、CTW,对牵引电机过载及牵引电机三相不平衡控制和监视保护作用。牵引电机过载保护的动作值为1400A（Ns和1ms）;保护发生时，四象限脉冲整流和异变器的门极均被封锁，输入电路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断的信号。由于牵引电机轴承出现故障，将导致电机过载，从而导致过载保护动作。因此途中牵引电机过流发生时，TCMS显示屏显示故障的时候，对该机达到机车时，非常有必要入库打开牵引电机齿轮箱检查孔盖进行检查，确认是否出现窜轴等电机故障。同时对途中出现上述保护报警时，还需要乘务员在就近可停车底单下车进行手摸检查电机及轮轴，如果纯在温度过高的问题，应及时采取措施，避免事故扩大化。4牵引电机接地故障处理当牵引电机接地时，TCMS会发出跳主断路器的命令，同时显示屏会显示相应的故障。此时将司机控制器主手柄回“0”位，按“复位”按钮，如此发现一个或一个以上电机无牵引力，则根据牵引吨数来确定是否继续牵引或是将整列车维持到下一个车站。如合不上主断路器，或是提手柄后就跳主断路器，应立即隔离相应的CI，然后就能和上主断路器、提手柄。维持运行，到达就进可停车区段时，乘务员要停下车进行手摸检查电机体是否纯在温度过高的问题，同时通过通风窗对牵引电机内部进行观察，预防电机爆膛及其他故障的出现，及时采取措施，避免事故扩大对出现接地故障报警的到达列车，必须进行技术检查。测量绝缘电阻：用1000V兆欧表测量定子绕组冷态绝缘电阻不低于1000MQ;用500V兆欧表测量转子对定子的绝缘电阻不低于5MQ。测量定子绕组线电阻，换算到20°C，其职应与典型值0.07948Q的相对误差不超过±10%.5电机转速显示故障的处理当电机正常运行时，出现空转严重或无法转速时，这是电机转速传感器信号没有正常传送到TCMS中去，可能是传感器本身故障，也可能是传输线路问题，还有可能是电机窜轴导致传感器失效而引发的故障。北京某机务段2009年8月30日发现HXD3-445机车第四牵引电机发生窜轴就是在电机转速显示无法转速是，打开防护罩检查电机转速传感器时发现的。如果在机车运行时发现如果实在运行时出现这种情况，应在就进可停车地点停车，并手摸电机轴承端盖部位，看是否温度过高的问题。该车入库后应及时将途中信息反馈到整备车间专业工程师，反馈信息要详细，并将个人电话号码留下，以便在判断故障需要进一步理解信息时，能及时进行沟通。提高对故障的判断处理。6加强轮对对踏面检查预牵引电机轴承故障对轮对踏面实行趟检，对踏面擦伤或剥离达到技术规定的限度要求时，必须及时进行轮对修理或者更换。踏面发生剥离或擦伤产生周期性冲击对机车的轴承影响是间接的，需要一定的时间积累，其引发的故障原因时间较长，最终导致故障往往被归罪于轴承质量不良所致，使故障的真正原因被忽视被掩盖。因此，对走行部质量控制要设立防微杜渐的思想。实际工作中，往往出现因轮对准备不到位，或修理不能及时安排，对踏面擦伤或剥离超限度采取维持使用观察，这样的做法是不可取的。这种做法极易造成地勤检查人员的质量安全意识淡化，轻视走形部质量检查，而且由于踏面冲击力的作用随机车运行速度而变化，这种变化导致轴承故障发生的不确定性，极易导致重大运输事故的发生。踏面擦伤、剥离的技术检查如下：车轮面擦伤深度不大于0.7mm；车轮踏面剥离长度不超过40mm，且深度不超过1mm；轮对踏面磨耗不大于7mm，轮缘厚度不小于23mm。工作应严格遵守规定。7.牵引电机过压过流的防治措施针对牵引电机过压过流而引起的故障：（1） 速度传感器的接口电路板故障。（2） 速度传感器电缆及传输信号受到外部信号干扰的情况。（3） 速度信号的检测阈值大小问题的情况，要想消除故障隐患，有两条途径：一是更换速度传感器；二是对传感器接口电路板进行更换或改造，考虑到机车运用状况和现场实际工作的难度，对电路板改造相对比较容易些。8HXD3型牵引电机的维护与保养（1）定子的绕组的维护与保养定子绕组检查的重点是其绝缘性能。定子绕组绝缘不应有破损、才华和过热现象。如果轻微破损时，可用快干绝缘漆涂补或用相应的绝缘材料进行包扎。如破坏严重或过热、才华，则应按大修规范更换定子绕组定子绕组端部若有松弛、断裂，应重新进行绑扎。定子槽应无裂纹，檎现象，否则应将定子置于烘箱内按绝缘耐热等级加热槽契相关绝缘软化后打出，更换槽契。（2） 转子的维护与保养转子