1 綜述
直流電機(jī)與交流電機(jī)相比，具有故障率相當(dāng)高的特點(diǎn)，運(yùn)用保養(yǎng)質(zhì)量的高低可以直接決定直流電機(jī)的使用壽命。總結(jié)直流電機(jī)在運(yùn)用中出現(xiàn)的故障情況，采取正確的運(yùn)用保養(yǎng)措施是減少和防止直流電機(jī)故障的有效途徑。現(xiàn)以淄博機(jī)務(wù)段(以下簡(jiǎn)稱淄博段)ZQDR-410型牽引電動(dòng)機(jī)的故障情況為例，來分析該型牽引電動(dòng)機(jī)的故障機(jī)理及在運(yùn)用保養(yǎng)中應(yīng)采取的措施。
淄博機(jī)務(wù)段牽引電動(dòng)機(jī)故障率統(tǒng)計(jì)表落修原因1991、1992年1993年1994年1995年1996年1997年合計(jì)比例/%電機(jī)環(huán)火5422542217.5主極接地3414341915.1換向極接地3343421915.1電樞接地00223186.3整流子拉傷3342321713.5斷線2284132015.9漏油甩油010522107.9軸承固死302321118.7合計(jì)191723252319126100
DF4型內(nèi)燃機(jī)車的6臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)均安裝在機(jī)車底部，不但啟動(dòng)停車頻繁，運(yùn)行中振動(dòng)大而且安裝空間狹小，又要承受風(fēng)沙、雨、雪及灰塵的侵襲，使用條件非常惡劣，因而極易發(fā)生故障。綜合表1分析可知，該電機(jī)的主要故障為：
(1)電機(jī)環(huán)火；
(2)絕緣破損(主、附極、電樞接地)；
(3)軸承固死；
(4)繞組間或引出線、刷架聯(lián)線的斷裂等。
現(xiàn)從4個(gè)方面具體分析DF4型內(nèi)燃機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的故障情況。
2 牽引電動(dòng)機(jī)環(huán)火故障原因及措施
(1)從電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)性能看，環(huán)火的原因分兩類：一類是電刷原始火花在較高的電位特性下會(huì)發(fā)展成環(huán)火；另一類是當(dāng)最大片間電壓瞬間大大超過允許值時(shí)，電位火花會(huì)發(fā)展為環(huán)火。
先分析第一種原因：由表2戚墅堰機(jī)車車輛廠1989年4月～1990年3月間廠修電機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)［3］：
廠修電機(jī)火花試驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)目火花1級(jí)1+1/4級(jí)1+1/2級(jí)火花超限環(huán)火故障合計(jì)臺(tái)數(shù)98319244101040比例/%94.51.822.300.380.96100
可以看出大修出廠的部分電機(jī)本身?yè)Q向就不是很好，這樣機(jī)車投入運(yùn)用之后，由于運(yùn)用條件惡劣，很容易出現(xiàn)換向器發(fā)黑，碳刷接觸不良，過熱灼燒刷握使之變形等現(xiàn)象，從而加重?fù)Q向火花，最終造成環(huán)火。因此運(yùn)用中應(yīng)及時(shí)檢查電機(jī)，發(fā)現(xiàn)碳刷不良燒損，或刷握不良時(shí)應(yīng)及時(shí)更換整修。這就要求乘務(wù)員在機(jī)車進(jìn)庫(kù)整備時(shí)認(rèn)真檢查，定期抽檢碳刷、刷盒，將“事故苗子”消滅在萌芽狀態(tài)。
再分析第二個(gè)原因：電機(jī)在運(yùn)用中出現(xiàn)瞬時(shí)過電壓也是觸發(fā)環(huán)火的起因，這又有兩種情況：
1)輪對(duì)空轉(zhuǎn)造成瞬時(shí)過電壓。在淄博段所擔(dān)當(dāng)?shù)膮^(qū)段中，象膠濟(jì)線上從周村到王村等都是長(zhǎng)大坡道，在這些區(qū)段上途�；蜻M(jìn)站停車再啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)后電流都在4000A左右，并且長(zhǎng)時(shí)間低速大電流運(yùn)行，很容易造成電機(jī)空轉(zhuǎn)、電機(jī)環(huán)火放炮的幾率也多。在運(yùn)用中乘務(wù)員應(yīng)正確操縱，提前撒沙，防止空轉(zhuǎn)，盡可能減少產(chǎn)生此類故障。
2)操作過電壓�，F(xiàn)在由于機(jī)車檢修質(zhì)量已大大提高，機(jī)車功率、過渡裝置均采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，過渡較平緩，此類故障已很少發(fā)生。在淄博段為了防止發(fā)生電機(jī)環(huán)火故障，針對(duì)造成電機(jī)環(huán)火的原因，制定了如下多種措施：在小、輔修作業(yè)過程中，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，過渡裝置在試驗(yàn)臺(tái)上試驗(yàn)后嚴(yán)格按工藝要求校定數(shù)值，使機(jī)車過渡時(shí)電流電壓在最理想的數(shù)據(jù)狀態(tài)下；在碎修、臨修中過渡箱故障時(shí)及時(shí)組織檢修，盡量使乘務(wù)員減少使用手動(dòng)過渡的機(jī)會(huì)。
(2)除了以上分析的電機(jī)本身存在的問題外，外界因素也有很大影響。
一方面，機(jī)車長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用后，電機(jī)換向器的保養(yǎng)好壞，將直接影響電機(jī)的質(zhì)量。
1)整流子拉傷也能引起電機(jī)環(huán)火。整流子拉傷以后表面粗糙度達(dá)不到技術(shù)要求，不僅會(huì)使碳刷和換向器異常磨損，還會(huì)因接觸不良形成火花，造成環(huán)火。自1991年至1997年，在淄博段共有17臺(tái)電機(jī)整流子拉傷，占總故障電機(jī)臺(tái)數(shù)的13.5%。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這些電機(jī)多數(shù)是由于壓指彈簧斷裂后掉入刷盒內(nèi)整流子的上面，電機(jī)旋轉(zhuǎn)后而拉傷整流子的。因此，根據(jù)鐵道部原機(jī)務(wù)局“七項(xiàng)專業(yè)會(huì)議文件”匯編的精神，將原有電機(jī)自1994年起進(jìn)行了加裝改造，即在電機(jī)頂部刷盒的壓指彈簧下面加裝一托盒，這樣，即使壓指彈簧斷裂，也會(huì)被托盒接住而不至于掉入換向器上部而拉傷整流子。
淄博機(jī)務(wù)段在對(duì)電機(jī)加裝改造以后，大大減少了整流子的拉傷。從經(jīng)濟(jì)效益上看，每個(gè)托盒的材料費(fèi)及加工安裝費(fèi)總共也不過幾元錢，而每臺(tái)電機(jī)整流子拉傷后僅旋整流子的加工費(fèi)就兩千多元，且電機(jī)落修，機(jī)車扣修費(fèi)用更大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自加裝改造后至1996年8月至少防止拉傷整流子62次(有62次壓指彈簧斷而未拉傷整流子)，由此為機(jī)務(wù)段節(jié)省大修費(fèi)用達(dá)十幾萬(wàn)元。
2)牽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)油也能造成電機(jī)環(huán)火。電機(jī)進(jìn)油后，整流子表面的油污會(huì)使碳刷接觸不良，從而造成環(huán)火。從幾年來淄博段共發(fā)生的32起電機(jī)進(jìn)油故障看，大多是由電機(jī)通風(fēng)道進(jìn)入的。我們知道牽引電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)采用強(qiáng)迫外通風(fēng)，風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口設(shè)在車上電氣室和冷卻室內(nèi)。在電氣室，由于啟動(dòng)變速箱經(jīng)常出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，滲出的油不及時(shí)清除，就可能順底板滲到第1、2、3電機(jī)通風(fēng)道內(nèi)而進(jìn)入電機(jī)，其中DF4C型4151、4139兩臺(tái)機(jī)車在運(yùn)用不足一個(gè)月時(shí)就因?yàn)閱?dòng)變速箱漏油而導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)油。另外，淄博機(jī)務(wù)段自1991年至1994年底共有18臺(tái)機(jī)車后轉(zhuǎn)向架的電機(jī)進(jìn)油，原因多是由于靜液壓系統(tǒng)管路漏油被通風(fēng)機(jī)吸入電機(jī)內(nèi)造成的，另外少數(shù)是由于乘務(wù)員將油桶放在冷卻間通風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口附近，不小心歪倒，流出的油被吸入電機(jī)內(nèi)造成的。針對(duì)以上兩方面的原因，采取了如下措施：
措施1：針對(duì)靜液壓系統(tǒng)和啟動(dòng)齒輪箱漏油易進(jìn)入牽引電動(dòng)機(jī)的情況，在小、輔修和臨修時(shí)發(fā)現(xiàn)有漏油部位，都進(jìn)行重點(diǎn)整修，及時(shí)找出原因，消滅跑冒滴漏。
措施2：運(yùn)轉(zhuǎn)車間針對(duì)曾經(jīng)因乘務(wù)員在冷卻間放置油桶而導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)油，一方面下達(dá)書面通知，另一方面由各隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)在乘務(wù)員每天的學(xué)習(xí)會(huì)上傳達(dá)“嚴(yán)禁在冷卻間存放油桶，并要經(jīng)常保持通風(fēng)網(wǎng)及附近清潔”。采取措施后，淄博段電機(jī)進(jìn)油的故障大大減少了，至今再未發(fā)生一件因?yàn)闋恳妱?dòng)機(jī)進(jìn)油而造成電機(jī)環(huán)火的故障。
另一方面，電刷也是電機(jī)的關(guān)鍵部件，電刷不良、裂碎或固死，也易造成電機(jī)環(huán)火。電機(jī)對(duì)碳刷的要求是：
有良好的換向性能和機(jī)械性能；
有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；
有良好的成膜性能；
對(duì)換向器的磨損要小等。
從現(xiàn)用的國(guó)產(chǎn)電刷來看，主要有如下缺陷：電刷耐磨性差、壽命短、換向性能差或者磨損換向器，使之產(chǎn)生銅毛刺。據(jù)有關(guān)資料介紹，國(guó)外牽引電動(dòng)機(jī)電刷壽命一般為15～20萬(wàn)km，最好的達(dá)20～30萬(wàn)km，而國(guó)產(chǎn)牽引電動(dòng)機(jī)用的D374型電刷壽命為5～6萬(wàn)km，最好的也不過7～10萬(wàn)km［6］。這不僅給檢修帶來了大量工作，而且在材料上也造成了巨大的浪費(fèi)(一塊新造的D374型電刷總長(zhǎng)度為60mm，其磨損的最低限度為35mm，帶有銅辮的廢舊電刷的價(jià)值幾乎高于其原價(jià)值的二分之一)，因此有必要研制和推廣使用新型耐磨高質(zhì)量電刷。
在1995年，自DF4C型機(jī)車上線之后，曾一度出現(xiàn)過多臺(tái)機(jī)車整流子異常磨損，電機(jī)云母槽內(nèi)積碳多的情況，在更換了電刷并徹底清理了云母槽運(yùn)用一段時(shí)間之后逐漸好轉(zhuǎn)，這說明其原因還是由于碳刷不良引起的。因新造機(jī)車電機(jī)原裝碳刷與淄博段使用的電刷并非同一廠家生產(chǎn)的，其硬度也就不同，因此，在同一臺(tái)電機(jī)上使用就造成了電機(jī)換向器的異常磨損。
3 牽引電動(dòng)機(jī)的絕緣擊穿接地——主、附極、電樞接地
從1991年到1997年淄博機(jī)務(wù)段因電機(jī)接地共計(jì)落修46臺(tái)，占總故障臺(tái)數(shù)的36.5%。因此，要降低電機(jī)故障率，必須減少電機(jī)接地故障。
(1)環(huán)火燒損電機(jī)
由于電機(jī)環(huán)火造成電機(jī)主極、附極或電樞接地。對(duì)于環(huán)火產(chǎn)生的原因及應(yīng)采取的措施，前已敘述這里不再贅述。
(2)電機(jī)絕緣老化，擊穿絕緣而接地
由于牽引電動(dòng)機(jī)的工作條件十分惡劣，時(shí)刻受到熱的、機(jī)械的、環(huán)境的和電的各種應(yīng)力的直接作用，因而引起絕緣結(jié)構(gòu)老化。在運(yùn)用中就會(huì)因高電壓擊穿絕緣而接地。產(chǎn)生老化的原因可分為以下3種：
1)熱老化。引起牽引電動(dòng)機(jī)絕緣熱老化的因素較多，如通風(fēng)帆布道破損或堵塞，通風(fēng)機(jī)不良等造成進(jìn)風(fēng)量不足；電機(jī)內(nèi)部過臟，繞組散熱性不良；磁極鐵芯因制造工藝問題不能與機(jī)體座完全密貼；長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行或超負(fù)荷運(yùn)行。
這些因素均會(huì)使繞組溫升增加，引起絕緣材料熱老化及繞組產(chǎn)生輕微熱變形，其結(jié)果是在絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生脆裂。
2)機(jī)械老化
由于牽引電動(dòng)機(jī)采用軸懸式結(jié)構(gòu)，機(jī)車運(yùn)行時(shí)鋼軌與輪對(duì)、輪對(duì)與牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪之間及牽引電動(dòng)機(jī)本身工作時(shí)，產(chǎn)生的各種機(jī)械振動(dòng)和電機(jī)內(nèi)部的電磁力均會(huì)作用于電樞及磁極上，而引起電機(jī)的振動(dòng)，導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損、龜裂。
3)環(huán)境老化。共有3方面主要因素：
粉塵污染。由于電動(dòng)機(jī)采用強(qiáng)迫外通風(fēng)，通風(fēng)口未設(shè)濾網(wǎng)，因此，塵埃不可避免地被帶入電機(jī)內(nèi)部，再加上電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的碳粉銅粉等導(dǎo)電物質(zhì)也會(huì)遺留在電機(jī)內(nèi)部，這些附著在電機(jī)內(nèi)的混合物具有吸潮作用，會(huì)引起絕緣電阻的進(jìn)一步降低；
油類污染。由于冷卻間靜液壓系統(tǒng)及油水管路滴漏的油水被通風(fēng)機(jī)吸入通風(fēng)道，進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部造成電機(jī)絕緣老化。
電壓老化。機(jī)車運(yùn)行時(shí)，在正常電壓的情況下，如果牽引電動(dòng)機(jī)絕緣層因磨損在絕緣層內(nèi)產(chǎn)生空氣氣隙，則會(huì)產(chǎn)生少量電子，當(dāng)電壓達(dá)到一定程度時(shí)，這些電子與原子互相碰撞使絕緣帶中的電子增多，長(zhǎng)期發(fā)展的結(jié)果，電子進(jìn)一步增多，并產(chǎn)生間隙放電侵襲絕緣層，使絕緣層變薄，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。
針對(duì)上述引起電機(jī)絕緣老化的原因采取如下措施：在小、輔修作業(yè)中認(rèn)真檢查電機(jī)通風(fēng)通道、帆布，使之清潔暢通，及時(shí)清洗、吹掃電機(jī)內(nèi)部，使之清潔無油水污物；嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，對(duì)絕緣阻值低的電機(jī)，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的擴(kuò)大。
4 牽引電動(dòng)機(jī)軸承故障
軸承是牽引電動(dòng)機(jī)的重要部件，一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)造成電機(jī)抱死，使機(jī)車途停，造成機(jī)破，給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失；而且會(huì)造成電機(jī)掃膛，轉(zhuǎn)子軸拉傷，電樞拉傷，使整臺(tái)電機(jī)大修，損失達(dá)幾萬(wàn)元以上。因此減少和防止?fàn)恳妱?dòng)機(jī)軸承故障意義重大，現(xiàn)從以下幾個(gè)方面分析并采取措施。
(1)在機(jī)車保養(yǎng)方面：對(duì)于進(jìn)段修的機(jī)車，由機(jī)車給油指導(dǎo)負(fù)責(zé)，監(jiān)督乘務(wù)員認(rèn)真執(zhí)行段規(guī)，特別是注意電機(jī)軸承的加油量，即不能多加，更不能少加，使軸承在一個(gè)段修期內(nèi)保證具有良好的油潤(rùn)，不致因軸承缺油而燒損軸承。
(2)凡是落修的電機(jī)均檢查軸承油潤(rùn)，更換油脂。凡是解體修的電機(jī)，均打開電機(jī)兩端軸承蓋檢查軸承狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)不良立即更換。
(3)在材料方面嚴(yán)把進(jìn)貨渠道，保證用鐵道部定點(diǎn)廠家生產(chǎn)的軸承，且新軸承在裝車前都認(rèn)真檢查測(cè)量，做好記錄。
(4)由于軸承故障一般是因?yàn)檩S承滾柱碎裂，或者內(nèi)外圈滾道有剝離、點(diǎn)蝕、劃傷、凹痕，也有的是保持架斷裂造成的，而這些故障在未造成軸承固死之前可以用專用的軸承檢測(cè)儀查出，因此，建議在機(jī)車運(yùn)用中采取用軸承檢測(cè)儀定期檢查電機(jī)軸承狀態(tài)的方法，一旦發(fā)現(xiàn)不良軸承，則落修電機(jī)，做到早發(fā)現(xiàn)早處理。
5 電機(jī)內(nèi)部斷線故障
由于牽引電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作在不停地劇烈振動(dòng)的條件下，因此，電機(jī)內(nèi)刷架聯(lián)線，主極、主、附極聯(lián)線及各引出線斷裂的故障時(shí)有發(fā)生。在運(yùn)行中如果主極聯(lián)線斷或C1、C2引出線斷，造成電機(jī)主極開路，會(huì)出現(xiàn)在全磁場(chǎng)運(yùn)行時(shí)該電機(jī)無電流，而在進(jìn)入一、二級(jí)磁場(chǎng)削弱后，該電機(jī)電流會(huì)立即增至1000A以上，其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)削弱電阻RX1、RX2會(huì)產(chǎn)生高溫，急劇發(fā)紅，若乘務(wù)員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，得不到及時(shí)處理，短時(shí)間內(nèi)便會(huì)造成電氣火災(zāi)。在1991年上海鐵路局統(tǒng)計(jì)的電氣柜火災(zāi)事故發(fā)生原因的數(shù)據(jù)中，有近三分之一是由于牽引電動(dòng)機(jī)主極開路造成的，且每次損失都超過30萬(wàn)元。我們?yōu)榉乐购蜏p少此類故障采取了如下措施：
(1)對(duì)乘務(wù)員加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，熟知電機(jī)主極斷線的重大危害性，掌握應(yīng)急處理技術(shù)，在運(yùn)行中副司機(jī)應(yīng)按規(guī)定認(rèn)真檢查各儀表，及早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)甩掉故障電機(jī)。自1991年至今淄博段共有12臺(tái)電機(jī)主極斷線，但由于乘務(wù)員能早發(fā)現(xiàn)，早處理，沒有發(fā)生一次因磁場(chǎng)削弱電阻過熱而引發(fā)的火災(zāi)事故。
(2)根據(jù)牽引電動(dòng)機(jī)的技改要求，凡段修或入廠修的電機(jī)均按要求將C2聯(lián)線改為軟線。
(3)在電氣柜兩邊磁場(chǎng)削弱電阻的內(nèi)側(cè)分別加裝300mm×250mm的石棉隔熱板，即使電阻過熱也不會(huì)引起電氣柜火災(zāi)。
(4)建議廠方對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)并聯(lián)各支路分別加裝過流保護(hù)裝置，或?qū)㈦姍C(jī)主極開路故障設(shè)法顯示給乘務(wù)員。
