中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)有限公司 蔣新艷 何井祥

HXn5機(jī)車(chē)主輔發(fā)電機(jī)滑環(huán)安裝按照原有工藝，熱套成功率低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)。本文主要對(duì)HXN5機(jī)車(chē)主輔發(fā)電機(jī)滑環(huán)的安裝工藝進(jìn)行研究，介紹滑環(huán)熱套工藝的改進(jìn)。

0 引言

HXn5型機(jī)車(chē)是公司引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)為中國(guó)干線(xiàn)鐵路研制的大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。2018年該型機(jī)車(chē)首次進(jìn)入C6修修程。機(jī)車(chē)的C6修修程要求全面分解檢修，進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試，恢復(fù)機(jī)車(chē)性能，與國(guó)內(nèi)既有機(jī)車(chē)的大修修程相當(dāng)，是機(jī)車(chē)壽命期內(nèi)最為重要的一項(xiàng)修程，也是公司未來(lái)重要的國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)修理公司的新的重要任務(wù)、公司的重要業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，意義重大。根據(jù)鐵路機(jī)車(chē)主輔發(fā)電機(jī)高級(jí)修維修資質(zhì)審查要求，主輔發(fā)電機(jī)作為大部件，需具備高級(jí)修能力，并進(jìn)行檢修資質(zhì)審查。

滑環(huán)是主輔發(fā)電機(jī)中的重要部件?；h(huán)組裝與轉(zhuǎn)軸之間采用過(guò)盈配合連接，鋼質(zhì)滑環(huán)和滑環(huán)轂之間的絕緣采用澆鑄式，有別于傳統(tǒng)工藝。接線(xiàn)柱上有絕緣套管，滑環(huán)表面車(chē)有右旋螺旋槽，4套滑環(huán)分別為主、輔助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁供電，勵(lì)磁電纜聯(lián)線(xiàn)由轉(zhuǎn)軸上的凹槽穿過(guò)軸承連接勵(lì)磁繞組和滑環(huán)。（HXN5型大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)[M].中國(guó)鐵道出版社,2009）

1 問(wèn)題提出

電機(jī)新造及C5乃至C6修時(shí)，滑環(huán)采用熱套的方式與轉(zhuǎn)軸進(jìn)行組裝，除我公司采用橫裝的方式外其他兩家新造及檢修公司均采用的豎裝方式進(jìn)行安裝。橫裝的優(yōu)點(diǎn)有，占用電機(jī)檢修場(chǎng)地少，檢修時(shí)間短。原來(lái)熱套工藝是165±5℃加熱6小時(shí)，轉(zhuǎn)軸采用一根導(dǎo)向柱進(jìn)行熱套，熱套成功率低，不足50%（夏季比冬季熱套率低，不足40%）?；h(huán)熱套失敗，反復(fù)拉拔滑環(huán)，易損壞滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸，該滑環(huán)為進(jìn)口件，不僅價(jià)格昂貴，而且采購(gòu)周期長(zhǎng)。因此有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)為了不返工，只能提高滑環(huán)加熱溫度、延長(zhǎng)加熱時(shí)間。由于受滑環(huán)中絕緣材料影響，長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下會(huì)加速絕緣老化，降低滑環(huán)絕緣，導(dǎo)致發(fā)生滑環(huán)短路故障。2017年就發(fā)生過(guò)因?yàn)榛h(huán)故障導(dǎo)致1起D21事故，兩起普查滑環(huán)故障，對(duì)鐵路行車(chē)組織造成了影響，也極大的影響了公司的聲譽(yù)。從檢修成本及公司聲譽(yù)考慮，滑環(huán)的安裝問(wèn)題刻不容緩。

2 工藝研究

2.1 理論分析

查閱滑環(huán)相關(guān)資料，滑環(huán)使用壽命為20年（C6修程時(shí)已使用10年），絕緣等級(jí)為H級(jí)，允許爐溫加熱最高溫度為200℃。電機(jī)轉(zhuǎn)軸滑環(huán)檔直徑標(biāo)準(zhǔn)：

滑環(huán)安裝有兩種方式：一是熱套，即滑環(huán)放入烘箱中整體加熱，滑環(huán)升溫膨脹，內(nèi)孔擴(kuò)大到一定程度套至軸頭；另一種是冷壓，即室溫下用液壓的方式將滑環(huán)推入軸頭的方式。目前各檢修公司滑環(huán)安裝的工藝均為熱套，降低滑環(huán)加熱溫度及減少加熱時(shí)間可以降低滑環(huán)絕緣老化程度、延長(zhǎng)滑環(huán)使用壽命。本文中主要對(duì)熱套工藝進(jìn)行研究。為了保證滑環(huán)熱套成功率以及最大程度的降低滑環(huán)加熱溫度，在滑環(huán)允許加熱溫度范圍內(nèi)，我們需要對(duì)滑環(huán)在各加熱溫度下熱套情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

首先進(jìn)行理論值計(jì)算：

膨脹量Δψ=0.000012×ψ×Δt

式中：Δψ-膨脹量mm；

0.000012為熱膨脹系數(shù)/℃（鋼質(zhì)材的膨脹系數(shù)）（GB/T 4339-2008金屬材料熱膨脹特征參數(shù)的測(cè)定）；

ψ-為加熱工件公稱(chēng)直徑mm；

Δt-為加熱溫升℃。

根據(jù)滑環(huán)及熱套相關(guān)數(shù)據(jù)，取ψ=95.15mm，Δψ=0.101mm（滑環(huán)熱套過(guò)盈量為0.052～0.101mm），

則溫升Δt=0.101÷0.000012÷95.15≈88.5℃

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，熱套時(shí)膨脹量需留有余量，若放寬6絲，即取Δψ=0.16mm，則溫升Δt=0.16÷0.000012÷95.15≈140℃。

這是理論數(shù)據(jù)，實(shí)際數(shù)據(jù)會(huì)受材料成分、紋向、加熱溫度不均勻、熱膨脹系數(shù)本身誤差等影響而有偏差。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照140℃的溫差，到了夏季高溫時(shí)，滑環(huán)的加熱溫度至少要180℃。原滑環(huán)工藝熱套溫度最高170℃，冬季氣溫零度左右，滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸間溫差大，因此熱套成功率較夏季高。對(duì)別的電機(jī)檢修公司進(jìn)行調(diào)研，了解到滑環(huán)加熱溫度最高為220℃，但是高溫存在較大風(fēng)險(xiǎn)，并不可取。為了擴(kuò)大轉(zhuǎn)軸及滑環(huán)溫差，即轉(zhuǎn)軸外徑及滑環(huán)內(nèi)孔尺寸差，在滑環(huán)加熱的同時(shí)，使用液氮冷卻軸頭。經(jīng)過(guò)綜合分析討論，考慮到滑環(huán)的絕緣等級(jí)，我們將滑環(huán)加熱溫度定為A℃，軸頭降溫至B℃，則兩部件溫差為185℃以上，即滑環(huán)相對(duì)膨脹量達(dá)0.2mm以上，超過(guò)滑環(huán)2倍過(guò)盈量，理論上應(yīng)該完全能滿(mǎn)足熱套要求。我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)用液氮冷卻工裝，將滑環(huán)安裝工藝改為：滑環(huán)加熱溫度定位A℃，加熱6小時(shí)，軸頭使用液氮冷卻至B℃進(jìn)行套裝，跟蹤統(tǒng)計(jì)10臺(tái)車(chē)滑環(huán)安裝情況。統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括電機(jī)編號(hào)、轉(zhuǎn)軸滑環(huán)檔直徑、滑環(huán)孔徑、過(guò)盈量、環(huán)境溫度等。過(guò)盈量基本為0.08，熱套成功7臺(tái)電機(jī)，成功率70%。

經(jīng)過(guò)多次反復(fù)跟蹤試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了影響滑環(huán)熱套成功率的兩點(diǎn)關(guān)鍵因素：（1）滑環(huán)的相對(duì)膨脹量要足夠大，即轉(zhuǎn)軸與滑環(huán)溫差大。（2）滑環(huán)安裝時(shí)，滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸中心線(xiàn)達(dá)到重合。采用液氮冷卻軸，滑環(huán)熱套成功率提高，說(shuō)明對(duì)第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的驗(yàn)證有效。為了使滑環(huán)熱套成功率更高，接下來(lái)我們需要解決第二個(gè)關(guān)鍵因素。

滑環(huán)內(nèi)孔是階梯狀，使用原有的工裝導(dǎo)向，不管滑環(huán)是橫裝還是豎裝，兩中心線(xiàn)都存在較大的偏差問(wèn)題。因此，需重新設(shè)計(jì)滑環(huán)安裝工裝，把滑環(huán)中心與轉(zhuǎn)軸中心偏差控制在0.05mm以?xún)?nèi)，滑環(huán)安裝問(wèn)題就迎刃而解了。利用多年的電機(jī)檢修經(jīng)驗(yàn)及對(duì)滑環(huán)結(jié)構(gòu)的研究，我們?cè)O(shè)計(jì)了多套熱套工裝，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，最終設(shè)計(jì)出了最有效的新的導(dǎo)向工裝，使滑環(huán)安裝時(shí)兩部件中心線(xiàn)偏差控制在0.03mm以?xún)?nèi)。新工裝圖見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖1 導(dǎo)向桿

圖2 壓板

使用新工裝后，統(tǒng)計(jì)10臺(tái)車(chē)的安裝情況，熱套成功10臺(tái)電機(jī)，成功率100%。只使用新工裝與滑環(huán)加熱，不使用液氮冷卻轉(zhuǎn)軸也進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，熱套不能保證百分之百，與環(huán)境溫度有關(guān)。

2.3 工藝固化

經(jīng)過(guò)對(duì)30多臺(tái)電機(jī)滑環(huán)熱套進(jìn)行全程跟蹤，記錄相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)討論實(shí)踐，最終制定了滑環(huán)熱套改進(jìn)工藝，具體如下：

①量滑環(huán)檔、滑環(huán)內(nèi)孔直徑符合標(biāo)準(zhǔn)。

②將軸頭擦干凈，檢查軸承無(wú)毛刺，否則用砂皮打磨去除。

圖3

③使用4個(gè)0.5”螺栓將導(dǎo)向桿安裝在軸頭，螺栓不要擰緊，調(diào)整導(dǎo)向工裝與軸頭位置，使導(dǎo)向桿柱頭與軸頭同心，柱頭外表面略小于軸頭，使用墊片軸向垂直放在轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)向桿柱頭外表面，觀察柱頭面四周間隙均勻。緊固軸頭四個(gè)螺栓，使用墊片復(fù)測(cè)導(dǎo)向桿與軸頭表面間隙均勻，如圖3所示。度為A℃，加熱和保溫時(shí)間共計(jì)6小時(shí)。若環(huán)境溫度超過(guò)20℃，允許采用液氮冷卻轉(zhuǎn)軸的方式進(jìn)行熱套，具體操作如下：在距離滑環(huán)出烘箱還有45分鐘時(shí)，將冷卻套放置冷卻桶，往桶內(nèi)倒入沒(méi)過(guò)套的液氮，隔一段時(shí)間增加液氮，確保液氮沒(méi)過(guò)冷卻套，冷卻時(shí)間為25分鐘；將冷卻套套入轉(zhuǎn)軸滑環(huán)檔，使用石棉將整個(gè)冷卻套蓋住，冷卻時(shí)間為20分鐘；取下冷卻套，使用感覺(jué)棉紗將軸頭擦拭干凈。

注意：使用液氮時(shí)注意人身安全，遵照相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行。（化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理?xiàng)l例(1987年2月17日國(guó)務(wù)院發(fā)布),化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則(化勞發(fā)[1992]677號(hào)),工作場(chǎng)所安全使用化學(xué)品規(guī)定([1996]勞部發(fā)423號(hào))）

⑤用兩根吊繩對(duì)稱(chēng)吊住滑環(huán)，調(diào)整滑環(huán)高度及位置，將滑環(huán)套入導(dǎo)向桿，使其與轉(zhuǎn)軸同軸。

⑥轉(zhuǎn)動(dòng)滑環(huán)，使滑環(huán)上特氟隆絕緣螺柱標(biāo)簽與電機(jī)電纜上標(biāo)簽對(duì)應(yīng)，松吊繩。

⑦將滑環(huán)快速套在軸上，推至主軸軸肩，安裝時(shí)要注意滑環(huán)上螺柱標(biāo)簽要與電機(jī)電纜對(duì)應(yīng)好。

⑧待滑環(huán)冷卻至環(huán)境溫度后拆下導(dǎo)向工裝。

3 結(jié)語(yǔ)

滑環(huán)安裝工藝改進(jìn)后，使滑環(huán)熱套成功率達(dá)100%，節(jié)約了電機(jī)檢修時(shí)間，提高了電機(jī)檢修水平，保證了HXN5機(jī)車(chē)C6修的順利進(jìn)行。