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SS4型电力机车轴箱轴承电蚀浅析及对策

发布时间:2018-11-09
聂凤池
  【摘 要】论文针对SS4型电力机车轴箱轴承故障,通过分析SS4型电力机车的轴箱接地保护装置的特点,对轴箱轴承发生电蚀的原因进行了分析,提出了防止电蚀发生的针对性措施。
  【关键词】轴承;电蚀;分析;对策
  1 轴承故障统计
  2016年10月至2017年10月,太原机务段SS4型电力机车共发生机车轴箱轴承故障4起,见表1。
  故障轴承解体后检查发现,4起轴承故障中,疲劳剥离2件,另外2件呈现电蚀现象,占全部轴承故障的50%。
  2 电蚀原因分析
  2.1SS4型电力机车受流的路径
  SS4型电力机车通过机车受电弓从变电所引出的接触网上获得电流,通过主断路器引入机车主变压器原边,原边的接地点在车体上。然后通过安装在轮轴上的接地装置,使电流通过车轴、轮对,引入钢轨回流到变电所。具体的路径是:接触网→机车受电弓→主断路器→机车主变压器原边→车体固定接地点→软编织线→轴箱接地装置→车轴→轮轨接触点→钢轨回到接触网工区。由此看出车轴是接地电流的必经部件,而轴箱轴承套装在车轴轴颈上。如何最大限度杜绝流经轴箱轴承的电流,从而防止轴承电蚀对保证机车轮对质量的安全可靠具有重要意义。
  2.2电蚀的基本原理
  第一,电蚀是轴承失效故障的常见形态之一,其形成的原因主要有两个。一是当电流通过轴承时,由于滚柱与轴承内套之间的相对运动,造成导电体(外圈、内圈、滚柱)接触不稳定,会在滚柱与内外圈间发生电闪络。该现象与机车入检修库,使用牵车帮牵车时,轮轨间放电,产生火花的现象类似。二是轴承滚柱与内外圈间有一层润滑油膜,当电流通过时,电流击穿油膜产生电闪络。两种因素的电闪络都会产生高热,在电弧和高热的作用下,内外圈和滚柱接触面产生熔镏、疤结或弧坑。第二,轴承电蚀的形态特征,轴承电蚀后,一般会在轴承滚柱和内外圈滚道上产生不规则的熔镏、疤结或弧坑,严重时会造成剥离。第三,轴箱轴承电蚀的危害。轴箱轴承电蚀程度取决于通过轴承电流的大小、时间长短,电流越大,作用时间越长,电蚀越严重。如果机车安装了走行部监控装置,当电蚀发生时,系统会发出1级报警。如果不采取措施,随着机车的运行,电蚀产生的损伤会迅速扩大,导致2级报警。此时,轴箱内轴承温度急剧上升,润滑脂会汽化和碳化,变黑,变硬,最终导致轴承散架,固死。极端严重时,造成切轴事故。
  3 SS4型电力机车轴箱的结构特点及轴承电蚀原因分析
  3.1SS4型电力机车轴箱结构及作用
  SS4型电力机车轴箱装设在车轴两端的轴颈上,用于安装轴承,对车轴进行定位。轴箱将车体、转向架和牵引电机的部分重量经轮对传递给钢轨,并将来自轮对的牵引力或制动力经轴箱拉杆传给转向架。此外,轴箱还传递轮对与转向架间的横向作用力和纵向作用力。
  SS4型电力机车轴箱由轴箱体、前后端盖、圆柱滚子、密封环、轴承接地装置等组成。轴箱内部并列安装2盘圆柱滚子轴承。轴承外圈与轴箱内孔是过渡配合,轴承内圈与轴颈是过盈配合。
  3.2SS4型电力机车的轴箱接地装置
  为防止机车轴箱轴承电蚀,SS4型电力机车设有轴箱接地装置。以使接地电流通过接地装置、车轴、轮轨接触点回流,避免了接地电流通过轴承。
  接地装置:SS4型电力机车每台转向架的一、三车轴的右端,二、四车轴的左端轴箱内安装有接地装置,接地装置主要由下列部件组成:接地线、接地电刷、电刷弹簧等。
  3.3SS4型电力机车轴箱轴承电蚀原因分析
  根据观察,机车在检修和运用时,时常存在下列情况,接地装置失效,不能发挥作用,使得电流通过轴箱轴承,造成轴承电蚀。
  第一,轴箱接地线维护不当,铜质的软编织接地线弯曲下垂,搭在轴箱体上,分流了接地装置的接地电流,这种现象非常普遍。正常情况下,流过轴箱接地装置的接地电流的路径是:车体固定接地点→接地软编织线→轴箱接地装置接地线固定点→接地刷辩→接地电刷→车轴端面→车轮→轮轨接触点。当铜质的软编织接地线弯曲下垂,搭在轴箱体上后,接地电流被分流,轴承有电流流过。接地电流的路径是:车体固定接地点→接地软编织线→轴箱体与软编织线接触点车体固定接地点→接地软编织线→轴箱体车体固定接地点→接地软编织线→轴承外圈→滚柱→轴承内圈→车轴→车轮→轮轨接触点。第二,轴箱接地装置不良,不能发挥接地作用。SS4型电力机车由2台完全相同的车节组成,每节车有一台独立的主变压器和2个转向架。每节车的车体上有4个固定接地点。分别连接对应转向架车轴上的接地装置。即机车从接触网获得的电能是通过安装在每根车轴上的接地装置回流到接触网工区的。如果机车某节车的接地装置不良,则接地电流将通过车体支撑装置(摩擦减震器、垂向油压减震器)→转向架侧梁→轴箱拉杆→轴箱体→轴承外圈→滚柱→轴承内圈→车轴→车轮→轮轨接触点。全部经过轴承,造成轴承电蚀。第三,电焊使用不当造成电蚀。机车回库检修作业,转向架部件焊修时,如焊修轴箱吊杆,甚至违规用电焊切割轴箱大盖螺丝,不按照焊修工艺要求连接回流线,而是将回流线手把搭在钢轨上或夹在转向架上,使得电焊机的电流经过轴箱轴承,造成电蚀。此种情况的电蚀电流的路径是:电焊机焊把→焊件→轴箱拉杆→轴箱体→轴承外圈→滚柱→轴承内圈→车轴→车轮→轮轨接触点→电焊机回流线。第四,感应电流造成电蚀。电力机车上的主型电器均是储能部件,如:主变压器、牵引电动机等,尤其是主变压器及各种电源的副端即接地点都接在车体上,这些因素势必造成感应电流。这些感应电流最终都要通过轮轴传到钢轨上。如果轴箱接地装置故障或作用不良,就会使感应电流流经轴承,造成电蚀。
  4 防止轴承电蚀采取的措施
  鉴于目前电力机车的供电方式以及电力机车本身的带电特性,若要彻底消除軸箱轴承电蚀是不现实的。但是我们可以采取措施,最大程度地阻止、化解或减小通过轴承的电流,以消灭或减轻轴承电蚀。根据以上分析,建议采取以下措施:
  第一,加强轴箱接地装置的检查维护,确保各部件正常。机车进入修程时,检查轴箱小盖与轴箱体间绝缘垫是否完整良好。按照检修范围要求打开轴箱小盖检查接地装置无异常,接地电刷移动自如顺畅无卡滞,刷辩无过热短股,无挤压,刷辩鼻子紧固螺丝紧固无松动,电刷压力弹簧压力在规定范围内。尤其是检查确认接地电刷与轴端面可靠接触。第二,加强轴箱接地线的维护,防止接地线与轴箱体接触。为杜绝接地线与轴箱体接触产生的分流电流,建议对接地线加装套管或将接在轴箱小盖上的接地线与接在车体接地点上的接地线用所带捆扎,从而杜绝接地线的分流电流造成的电蚀。机车日常回库整备作业时,检查接地线安装良好无过热,接地线与轴箱体保持一定的距离,确保机车运行中通过曲线、道岔群时接地线不与轴箱体接磨。轴箱小盖接地线的接线柱的绝缘必须完整,确保接地线的线鼻子与轴箱小盖有足够的绝缘距离。第三,加强电焊作业的管理。已经组装轴承的轴箱体上严禁电焊作业。机车检修焊修作业时,必须按照要求正确使用回流线,不得使电焊机电流经过轴箱轴承。
  5 结语
  机车轴箱轴承是机车走行部最重要的部件之一,是使机车轮对正常滚动,从而实现牵引列车运行的重要部件。其运行工作质量状态不仅决定了机车运行的速度、品质,更是确保列车运行安全的关键部件。因此时刻掌握轴箱轴承的质量状态,及时发现、解决轴箱轴承的异常状态,是机车定期检修、日常整备保养的重要内容之一。
  【参考文献】
  【1】张有松,朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京:中国铁道出版社,2006.
来源:《中小企业管理与科技·下旬刊》2017年11期

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