王天翊 劉浩

摘要：電力機(jī)車(chē)6A走行部監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力機(jī)車(chē)軸箱軸承、牽引電機(jī)軸承等的振動(dòng)沖擊及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是保證機(jī)車(chē)走行部安全運(yùn)用的重要監(jiān)測(cè)措施。本文對(duì)HXD2型電力機(jī)車(chē)發(fā)生的1軸5位牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫度報(bào)警問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：HXD2型機(jī)車(chē);走行部監(jiān)控系統(tǒng);軸溫報(bào)警;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

HXD2型交流傳動(dòng)八軸9600 kW貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)是由中車(chē)大同電力機(jī)車(chē)有限公司為適應(yīng)中國(guó)鐵路使用要求設(shè)計(jì)的鐵路干線貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)總功率達(dá)到9600 kW，單軸功率為1200 kW，軸重為25噸，軸式為Bo-Bo;最高運(yùn)用速度120 km/h。2018年夏季，配屬安康機(jī)務(wù)段的HXD2型機(jī)車(chē)發(fā)生牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承（1軸5位）6A溫度報(bào)警。針對(duì)該問(wèn)題，進(jìn)行了反復(fù)分析研究，通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)運(yùn)行線路、電機(jī)通風(fēng)性能、軸承溫度上升趨勢(shì)等方面的綜合分析，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件中對(duì)溫度檢測(cè)的要求，提出牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫度報(bào)警問(wèn)題的優(yōu)化方案。

1 機(jī)車(chē)牽引電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)及6A復(fù)合傳感器安裝位置

HXD2型機(jī)車(chē)牽引電機(jī)在轉(zhuǎn)向架上的安裝方式采用滾動(dòng)抱軸式半懸掛結(jié)構(gòu)，牽引電機(jī)、齒輪箱、抱軸箱組成剛性結(jié)構(gòu)，一端通過(guò)兩個(gè)安裝于抱軸箱內(nèi)的圓錐滾子軸承支撐在車(chē)軸上，另一端通過(guò)電機(jī)吊桿及橡膠套彈性地懸掛于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上[1]。從齒輪箱所在端開(kāi)始，每軸的六個(gè)6A復(fù)合傳感器測(cè)試點(diǎn)依次為：l1—齒端軸箱軸承座;l2—齒端電機(jī)軸承座;l3—齒端抱軸軸承座;l4—非齒端抱軸軸承座;l5—非齒端電機(jī)軸承座;l6—非齒端軸箱軸承座。具體位置如圖1所示。其中，l5—非齒端電機(jī)軸承座安裝著用來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)非傳動(dòng)端軸承的復(fù)合傳感器，其溫度報(bào)警門(mén)限值為：溫度報(bào)警90℃，溫升報(bào)警55 K[2]。

2 故障基本情況

2.1 機(jī)車(chē)運(yùn)行線路

機(jī)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫度報(bào)警均發(fā)生在西康線下行青岔至營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)段。青岔公里標(biāo)K81+287 m，營(yíng)鎮(zhèn)公里標(biāo)K102+758 m。該區(qū)間存在14.75km坡度為11‰的長(zhǎng)大上坡道。通過(guò)查看坡道表可知在青岔之前，從有上坡道開(kāi)始（K40+350 m）到青岔（K81+287 m）共計(jì)40.937 km全部為上坡，其中存在10‰以上的坡道29.865 km。青岔-營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)間，曲線半徑R=500 m、R=600 m的路線共計(jì)1.678 km，從有上坡道開(kāi)始到青岔，曲線半徑R=500 m、R=600 m的路線共計(jì)1.017 km。路況信息如圖2所示。

機(jī)車(chē)在長(zhǎng)大上坡道運(yùn)行，所需牽引功率及牽引轉(zhuǎn)矩增大，牽引電機(jī)軸承溫度上升，發(fā)生電機(jī)軸承溫度偏高甚至超過(guò)溫度門(mén)限值報(bào)警的概率較大。通過(guò)所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)看，機(jī)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫度報(bào)警均發(fā)生在機(jī)車(chē)通過(guò)長(zhǎng)大上坡道期間，因此運(yùn)行線路經(jīng)過(guò)長(zhǎng)大上坡道是機(jī)車(chē)電機(jī)軸承溫度報(bào)警的重要影響因素。

2.2 牽引電機(jī)通風(fēng)性能

牽引電機(jī)冷卻通風(fēng)不良，對(duì)牽引電機(jī)的散熱效率降低也可能導(dǎo)致軸承溫度報(bào)警[3]。使用風(fēng)速檢測(cè)儀對(duì)四臺(tái)發(fā)生溫度報(bào)警HXD21008、1517、6134、6140機(jī)車(chē)和兩臺(tái)未發(fā)生溫度報(bào)警HXD26116、6139機(jī)車(chē)的牽引電機(jī)通風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)比機(jī)車(chē)牽引風(fēng)機(jī)通風(fēng)量。測(cè)量情況見(jiàn)表1。

從上表數(shù)據(jù)可以看出：HXD21008機(jī)車(chē)B節(jié)1軸牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速最小，且與電機(jī)軸承溫度報(bào)警B1軸位相同;HXD21517機(jī)車(chē)A1、HXD26134機(jī)車(chē)B1、HXD26140機(jī)車(chē)B1均存在溫度報(bào)警，對(duì)比其他機(jī)車(chē)該軸位牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量正常;HXD26116、HXD26139機(jī)車(chē)無(wú)電機(jī)軸承溫度報(bào)警記錄，牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量正常。

HXD21517、6116、6134、6139、6140機(jī)車(chē)牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速正常，僅HXD21008機(jī)車(chē)對(duì)應(yīng)報(bào)警軸位的牽引電機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速略小，因此判斷本次發(fā)生的軸承溫度報(bào)警與牽引風(fēng)機(jī)通風(fēng)量無(wú)關(guān)。

2.3 溫度上升趨勢(shì)

對(duì)其他未報(bào)警機(jī)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端（5位）軸承溫度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，在溫度較高的8月份，機(jī)車(chē)各軸非傳動(dòng)端軸承溫度均較高，最高達(dá)到80℃以上。

收集了8月份（環(huán)境溫度最高時(shí)段）安康機(jī)務(wù)段HXD2型機(jī)車(chē)電機(jī)非傳動(dòng)端（5位）軸承溫度≥70℃的機(jī)車(chē)共計(jì)35臺(tái)次。在CMD系統(tǒng)上查詢，發(fā)生在西康線內(nèi)的機(jī)車(chē)30臺(tái)次（定位為青岔—營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)間），未查到CMD坐標(biāo)數(shù)據(jù)的機(jī)車(chē)3臺(tái)次，其他線路的機(jī)車(chē)2臺(tái)次。溫度比例、區(qū)間分布及軸位分布的占比統(tǒng)計(jì)如圖3所示，對(duì)數(shù)據(jù)分析后可得如下結(jié)論：

（1）在環(huán)境溫度較高的8月份，機(jī)車(chē)各個(gè)軸位的非傳動(dòng)端（5位）軸承的溫度均較高（70℃以上），其中75℃以下占31%;75℃及以上、80℃以下占46%;80℃及以上占23%;

（2）從區(qū)間分布上看，溫度較高情況發(fā)生在青岔—營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)間的占86%;

（3）從軸位統(tǒng)計(jì)上看，并不是所有的高溫情況都發(fā)生在1軸，各個(gè)軸位均有溫度較高的情況。其中，1軸比例為34%;2軸比例為17%;3軸比例為20%;4軸比例為29%。

3 故障原因分析

3.1 機(jī)車(chē)運(yùn)行環(huán)境影響

（1）機(jī)車(chē)軸承溫度報(bào)警均發(fā)生在西康線下行青岔至營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)段，該區(qū)段多為長(zhǎng)大上坡道和小曲線半徑;在該區(qū)段較容易出現(xiàn)各個(gè)軸位的非傳動(dòng)端（5位）軸承溫度較高的情況;

（2）在環(huán)境溫度較高的8月份，各軸非傳動(dòng)端（5位）軸承溫度均較高，溫度達(dá)到80多℃的情況較為普遍，很容易達(dá)到溫度報(bào)警值90℃。

因此，分析認(rèn)為，在環(huán)境溫度較高的情況下，機(jī)車(chē)通過(guò)長(zhǎng)大上坡道時(shí)，發(fā)生牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫升報(bào)警或超溫報(bào)警的概率較大。

3.2 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)報(bào)警條件

（1）標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件TJ/JW 001F-2018《機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）機(jī)車(chē)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)—暫行技術(shù)條件》中第5.3.1.4條軸承溫度診斷報(bào)警條件：交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)異步牽引電動(dòng)機(jī)軸承溫度報(bào)警限值應(yīng)符合TB/T 3315-2013《交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)異步牽引電動(dòng)機(jī)》中5.4.5的規(guī)定，即脂潤(rùn)滑方式溫升≤55 K，油潤(rùn)滑方式溫升≤80K，軸承允許最高溫度≥120℃;

（2）GB 755-2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī)—定額和性能》中對(duì)電機(jī)軸承溫升要求為：用規(guī)定的適當(dāng)方法測(cè)得的該部分溫度與用規(guī)定的方法測(cè)得的冷卻介質(zhì)溫度之差，即牽引電機(jī)軸承溫升=軸承絕對(duì)溫度-冷卻介質(zhì)溫度;

HXD2型機(jī)車(chē)牽引電機(jī)強(qiáng)迫冷卻風(fēng)從傳動(dòng)端進(jìn)入，非傳動(dòng)端出風(fēng)，故非傳動(dòng)端軸承的冷卻介質(zhì)為出風(fēng)口風(fēng)溫，而6A系統(tǒng)環(huán)境溫度傳感器安裝在構(gòu)架端部的1、4軸數(shù)據(jù)前置處理器上，測(cè)量的是構(gòu)架端部環(huán)境溫度，而不是非傳動(dòng)端出風(fēng)口風(fēng)溫。

3.3 故障原因總結(jié)

綜上分析，發(fā)生1軸5位牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承溫度報(bào)警的原因包括以下兩點(diǎn)。

（1）安康段HXD2型機(jī)車(chē)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端（5位）軸承溫度門(mén)檻報(bào)警限值90℃未考慮到適度的裕量;

（2）目前6A系統(tǒng)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)軟件中檢測(cè)到的牽引電機(jī)非傳動(dòng)端（5位）軸承溫升并不是真實(shí)的溫升。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件要求，并結(jié)合機(jī)車(chē)牽引電機(jī)通風(fēng)冷卻方式，制訂如下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（1）牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承最高溫度門(mén)檻限值由90℃調(diào)整為100℃，溫升55 K保持不變;

（2）對(duì)牽引電機(jī)非傳動(dòng)端軸承所用環(huán)境溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將環(huán)境溫度值上調(diào)15℃作為冷卻介質(zhì)溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

該方案已在安康機(jī)務(wù)段的HXD2型機(jī)車(chē)上實(shí)施并運(yùn)用，軸溫監(jiān)測(cè)軟件更新后未再出現(xiàn)軸溫報(bào)警問(wèn)題。我國(guó)鐵路干線機(jī)車(chē)運(yùn)用南北跨度大、季節(jié)變化及環(huán)境差異大，在滿足機(jī)車(chē)安全運(yùn)營(yíng)與標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，可根據(jù)機(jī)車(chē)運(yùn)用實(shí)際情況對(duì)走行部監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)軸溫報(bào)警檢測(cè)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

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