文/呼明

1 前言

直流電動(dòng)機(jī)有著較強(qiáng)的牽引能力、適應(yīng)能力、較高的功率因數(shù)以及粘合度，而且恒功率的使用面積較大，這些顯著優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)直流傳動(dòng)機(jī)不可匹及的。就當(dāng)前情況而言，我國(guó)電力機(jī)車領(lǐng)域中，交流傳動(dòng)機(jī)已占據(jù)主導(dǎo)地位，在不久的未來直流機(jī)車有被取代的趨勢(shì)。牽引電機(jī)是電力機(jī)車的重要部件，它直接影響了機(jī)車的正常運(yùn)行，為列車安全行駛保駕護(hù)航。因此，加強(qiáng)牽引電機(jī)的維護(hù)能力意義重大，深入探究、研討牽引電機(jī)設(shè)計(jì)工作勢(shì)在必行。

2 機(jī)車牽引系統(tǒng)的相關(guān)定義

重載鐵路及高速鐵路都是交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要基本元素，在當(dāng)前嚴(yán)峻形勢(shì)下，重載貨運(yùn)的發(fā)展面臨較多困難，電力機(jī)車能否正常運(yùn)行工作取決于機(jī)車交通運(yùn)輸軌道的正常狀態(tài)，它直接影響了重載貨運(yùn)任務(wù)的安全完成[1]。保障電力機(jī)車正常運(yùn)行的必要因素有以下幾點(diǎn)：牽引電機(jī)正常工作；外接電源供給驅(qū)動(dòng)電力。電力機(jī)車合理有效地完成牽引工作，直接影響了列車的行駛速度，降低了特定運(yùn)輸路程的運(yùn)輸時(shí)間，減少時(shí)間浪費(fèi)。在此基礎(chǔ)上，大大提升了列車的承載能力，列車在一定時(shí)間內(nèi)完成交通運(yùn)輸任務(wù)的效率得以提高。

3 常見的機(jī)車牽引電機(jī)故障

3.1 定子在繞組時(shí)出現(xiàn)匝間短路現(xiàn)象

線圈中，由于相鄰繞組的相互影響而引發(fā)絕緣體出現(xiàn)故障就是牽引電機(jī)定子繞組的匝間短路現(xiàn)象。最具典型的故障表現(xiàn)特征為：定子在線圈承受電磁力的過程中，出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，造成匝間的絕緣體受到破壞；定子在繞組過程中，特殊部位的溫度持續(xù)上升，絕緣體出現(xiàn)氧化現(xiàn)象[2]。在定子繞組過程中，有效降低短路的匝數(shù)；在電機(jī)運(yùn)行中，降低了影響參數(shù)。如果故障呈現(xiàn)不突出，出現(xiàn)短路的位置又產(chǎn)生極高的溫度，長(zhǎng)此以往，以短路位置為中心，向外延伸的絕緣體也會(huì)受到一定損壞，直至匝間短路現(xiàn)象逐步蔓延，進(jìn)而引發(fā)相對(duì)短路及絕對(duì)短路，甚至更嚴(yán)重的故障出現(xiàn)。

3.2 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條出現(xiàn)斷裂故障

針對(duì)籠形異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與端環(huán)遭到破壞引發(fā)斷裂現(xiàn)象，這是在電機(jī)故障中，最具典型的一種故障形式。由于轉(zhuǎn)子的有效旋轉(zhuǎn)決定了電機(jī)動(dòng)力輸出工作的順利安全完成，就籠形電機(jī)在啟動(dòng)過程時(shí)，次數(shù)較于頻繁，運(yùn)輸?shù)某d現(xiàn)象也逐步出現(xiàn)，這就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在受到極強(qiáng)的作用力下，徑向能力發(fā)生交變現(xiàn)象。例如：熱彎曲撓力、離心力、電磁力等，然而在轉(zhuǎn)子工作過程中存在一定的漏洞，這也是導(dǎo)致斷條發(fā)生故障的直接因素。在轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障的初始階段，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率往往會(huì)發(fā)生改變，提高了輸入功率以及定子電流；在轉(zhuǎn)子故障極為嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，更嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)無法啟動(dòng)等情況。由于轉(zhuǎn)子之間頻繁摩擦，致使電機(jī)遭到損壞無法正常使用。

3.3 電機(jī)軸承出現(xiàn)故障

在牽引電機(jī)普遍發(fā)生的故障中，最具典型的是電機(jī)軸承出現(xiàn)故障。軸承可以分為以下兩大類，即滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承。其中滾動(dòng)軸承普遍應(yīng)用于牽引電機(jī)中，而滑動(dòng)軸承往往廣泛應(yīng)用在較大規(guī)格的牽引電機(jī)中。轉(zhuǎn)子在牽引電機(jī)前端與后端的支撐能力全靠滾動(dòng)軸承來完成。我們從以下幾方面說明導(dǎo)致軸承破損的原因：潤(rùn)滑效果不佳、超負(fù)荷的承重能力、軸電流不穩(wěn)、安裝程序操作不當(dāng)、不明物體的摻入等，不僅會(huì)加快軸承的破損程度，也會(huì)造成軸承表面嚴(yán)重腐蝕情況的出現(xiàn)，還有可能引發(fā)軸承斷裂現(xiàn)象。滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈以及滾動(dòng)主體、支撐架組合而成，在正常工作狀態(tài)下，軸承的每個(gè)部分都有可能發(fā)生故障，轉(zhuǎn)子在進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)內(nèi)圈的有效轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)同時(shí)給予轉(zhuǎn)子強(qiáng)大的壓力，在此作用下，提升了故障發(fā)生的概率，轉(zhuǎn)子因摩擦作用而受損、腐蝕以及斷裂是較為普遍常見的故障形式。軸承結(jié)構(gòu)遭受損壞就意味著軸承已經(jīng)發(fā)生了故障，電機(jī)轉(zhuǎn)軸進(jìn)而出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，破壞了牽引電機(jī)的磁場(chǎng)平衡狀態(tài)[3]。

4 實(shí)施牽引電機(jī)的維護(hù)工作

4.1 加強(qiáng)軸承的維護(hù)工作

作為牽引電機(jī)的核心部件，軸承的維護(hù)工作異常重要，這就需要保障軸承必須在較為良好的工作環(huán)境下完成潤(rùn)滑工作。電機(jī)型號(hào)的不同，決定了軸承的如何選取。全方位清晰軸承，使用全新的潤(rùn)滑油，后期對(duì)軸承的維護(hù)保養(yǎng)工作，需定期定量對(duì)其進(jìn)行填充潤(rùn)滑油，以確保軸承的正常運(yùn)行。此外，在軸承工作狀態(tài)下，工作人員不僅要時(shí)刻聆聽牽引電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音，還要仔細(xì)查看牽引電機(jī)溫度是否升高的情況，更要關(guān)注是否存在油量流失現(xiàn)象。異?，F(xiàn)象一旦出現(xiàn)，應(yīng)第一時(shí)間終止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)工作，組織相關(guān)工作人員通過空載運(yùn)行，查找原因所在。對(duì)噪音的檢測(cè)方法有很多種，其中在軸承周邊，選擇最貼近軸承蓋的外側(cè)，放置檢測(cè)噪音的專用桿。這種較為普遍熟知的檢測(cè)方法不僅可以檢測(cè)一種電機(jī)聲音，還可以檢測(cè)到多種電機(jī)聲音。我們往往采用溫度測(cè)試儀完成軸承溫度的檢測(cè)工作，如果我們選取特定時(shí)長(zhǎng)保養(yǎng)電機(jī)，在補(bǔ)充軸承的潤(rùn)滑油時(shí)，就必須嚴(yán)格按照參考數(shù)據(jù)的規(guī)格和數(shù)量完成。

4.2 加強(qiáng)換向器的維護(hù)工作

在正常狀態(tài)下，牽引電機(jī)的工作性能及其穩(wěn)定。此時(shí)，換向器表面的氧化膜呈現(xiàn)紅棕色現(xiàn)象，但是碳刷的硬度存在較大差異，大量的灰塵積聚在換向器表面，換向器表面的氧化膜便不會(huì)再呈現(xiàn)紅棕色現(xiàn)象。電牽引機(jī)在正常工作前，首先要確保換向器的整體一塵不忍，溝槽內(nèi)保持清潔，沒有雜物出現(xiàn)，四氟帶表面還要保持絕對(duì)清潔，沒有瑕疵。如果灰塵與碳粉等雜物將換向器的表面全面覆蓋，首先，選用毛刷清理表面的雜物，溝槽中的灰塵及碳粉也要逐一打掃干凈；其次，通過高壓風(fēng)吹掃換向器的表面；最后，使用干凈的布料完成對(duì)表面的擦拭工作。在對(duì)四氟帶的表面進(jìn)行清理時(shí)，可以適量加入汽油，使其達(dá)到絕對(duì)清潔。

4.3 加強(qiáng)刷架的維護(hù)工作

電機(jī)換向不僅受刷盒影響，還受電刷影響較大。如果刷盒中出現(xiàn)碳粉、灰塵等雜物，由于碳刷運(yùn)行不靈活，電機(jī)在這種情況下不能正常工作，進(jìn)而出現(xiàn)換向器表面無法有效接觸、換向工作正常運(yùn)行、頻繁出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象[4]。因此，在進(jìn)行刷盒檢查時(shí)，必須利用高壓風(fēng)為輔助工具進(jìn)行清掃刷盒工作，最后選取干凈的布料完成擦拭工作。為確保電機(jī)換向工作的順利運(yùn)行，我們不僅要時(shí)常檢查電刷的摩擦消耗情況，也要關(guān)注電刷彈簧的壓力是否充足，還要及時(shí)查看刷盒狀態(tài)，如果出現(xiàn)問題，需在第一時(shí)間進(jìn)行維修，并檢測(cè)刷架權(quán)轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

4.4 加強(qiáng)電樞與定子的維護(hù)工作

通常情況下，電機(jī)型號(hào)的不同，連接定子編制的引線使用壽命也各不相同，存在一定差異，到了使用壽命必須及時(shí)對(duì)其更換。此外，定期清潔定子內(nèi)存在的雜物，例如：油污、碳粉等，對(duì)于接頭連接時(shí)出現(xiàn)損壞的位置，務(wù)必做好烘潮與浸漬預(yù)防工作，保證絕對(duì)絕緣現(xiàn)象。與此同時(shí)，定期對(duì)電樞進(jìn)行清理工作，保障電樞在整潔的環(huán)境中有效工作，一旦電樞軸身表面破損，必須第一時(shí)間進(jìn)行替換，保障齒輪裝配的正常運(yùn)行。

5 針對(duì)機(jī)車牽引電機(jī)的檢測(cè)設(shè)計(jì)

根據(jù)日常中我們掌握的經(jīng)驗(yàn)表明，相關(guān)牽引電機(jī)維護(hù)的檢測(cè)設(shè)計(jì)任務(wù)勢(shì)在必行，我們就實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路牽引電機(jī)在正常工作運(yùn)行情況，對(duì)其設(shè)計(jì)出原理圖，對(duì)定子電流信號(hào)進(jìn)行有效收集，加以分析信號(hào)強(qiáng)弱，有效判斷辨別工作狀態(tài)。在這項(xiàng)系統(tǒng)中包含了大量?jī)r(jià)值極高的信息，比如：外部時(shí)鐘、電源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通訊設(shè)備等有效模塊，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理圖如下圖所示：

圖1 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理圖

從原理圖我們可以看出，牽引電機(jī)中收集定子電流信號(hào)是通過電流傳感器完成的，電機(jī)的工作狀態(tài)利用模塊的方式呈現(xiàn)。外部時(shí)鐘不僅為整體的系統(tǒng)時(shí)間做好記錄工作，也滿足了與計(jì)算機(jī)通信各個(gè)接口的連接工作，數(shù)據(jù)模塊實(shí)現(xiàn)了采集相關(guān)數(shù)據(jù)以及其他有效信息的存儲(chǔ)工作。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效建立的基礎(chǔ)在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合小波分析完成，這兩種較為智能化的計(jì)算方式在牽引電機(jī)中高效地完成了對(duì)定子電流的處理工作，有效定奪牽引電機(jī)運(yùn)行模式的正常與否[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，我們應(yīng)選擇具有代表性的機(jī)車牽引電機(jī)作為首要研究對(duì)象，同時(shí)以國(guó)外對(duì)機(jī)車牽引電機(jī)的研究成果為輔助資源，逐類分析總結(jié)故障原因，提出故障解決方案，利用最新科學(xué)技術(shù)手段，大膽思考，并提出新的設(shè)計(jì)理念。在對(duì)電機(jī)及其構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)維修工作時(shí)一定要按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求嚴(yán)格執(zhí)行，盡可能規(guī)避由于檢維修操作不當(dāng)導(dǎo)致牽引電機(jī)落修問題產(chǎn)生的集體破損，同時(shí)，加強(qiáng)積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知，做好整理記錄工作?？偠灾跈C(jī)車正常工作時(shí)，牽引電機(jī)有效完成了能力轉(zhuǎn)換工作，它的安全運(yùn)行為機(jī)車正常行駛保駕護(hù)航。