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2024-04-10
何曉玲 徐放 黃濤
【重慶軌道交通(集團(tuán))有限公司】
關(guān)鍵詞:接地軸端;炭刷;溫升;異常磨耗;接地回流
轉(zhuǎn)向架輪對(duì)軸箱裝置不僅起到固定軸端的作用,而且還通過(guò)一系減振彈簧連接著轉(zhuǎn)向架和輪對(duì),是轉(zhuǎn)向架上非常重要的部件之一。軸箱通過(guò)軸承內(nèi)圈與車軸進(jìn)行連接,軸承外圈固定在軸箱體內(nèi),軸承內(nèi)圈通過(guò)過(guò)盈配合固定在車軸上,滾柱跟隨車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承滾柱通過(guò)潤(rùn)滑脂保持良好的運(yùn)行狀態(tài),一旦潤(rùn)滑脂因外部因素被污染,潤(rùn)滑性能下降,將會(huì)導(dǎo)致熱軸故障,嚴(yán)重影響行車安全。
1 轉(zhuǎn)向架軸端組成、作用和接地軸端故障情況
重慶地鐵6號(hào)線列車采用B型車結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)向架軸端組成包括4種結(jié)構(gòu),分別為防滑軸端、接地軸端、普通軸端和ATP測(cè)速軸端。其中,接地軸端對(duì)當(dāng)前單節(jié)車起到接地回流的作用。
接地軸端的結(jié)構(gòu)主要包括軸端蓋、接地盤、炭刷、摩擦盤、軸端壓板等,接地軸端內(nèi)部含有3塊炭刷,通過(guò)炭刷與摩擦盤的接觸將電流引入輪對(duì),將接地電流引入軌道。
2018年10月重慶地鐵6號(hào)線在日常檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)06003編組列車6車3位軸箱溫度異常升高,用紅外線測(cè)溫槍測(cè)量軸箱上表面溫度達(dá)到1159, 其他軸箱均為129-149。經(jīng)對(duì)故障軸端分解檢查,故障情況如下。
(1) 檢查發(fā)現(xiàn)端蓋內(nèi)部有大量炭粉,且已有部分結(jié)塊,正常應(yīng)為干燥粉末狀。軸承外側(cè)一圈粘結(jié)了大量泥狀炭粉且已干結(jié)。如圖1所示。
(2) 炭刷接線全部破損斷裂,炭刷異常過(guò)度磨耗,已變形為不正常狀態(tài),且個(gè)別已經(jīng)碎裂。接地摩擦盤狀態(tài)正常。
(3) 拆解檢查發(fā)現(xiàn)軸箱內(nèi)側(cè)和軸承外圈已完全結(jié)合到一起,已無(wú)法使用常規(guī)手段退出軸承外圈,軸承內(nèi)圈表面已呈黑色,滾子和保持架之間的潤(rùn)滑脂已全部被燒黑變成硬塊(如圖2)。
針對(duì)06003編組6車3位故障,更換了輪對(duì)、軸箱、接地裝置。
2018年12月06003編組列車6車6位軸箱溫度異常升高,達(dá)到659,分解檢查故障情況同06003編組6車3位。
2019年1月到6月對(duì)該項(xiàng)目所有列車進(jìn)行了整體排查,檢查發(fā)現(xiàn)2起軸箱溫度異常升高故障,分別為06001編組1車3位06020編組6車3位,故障位置同樣均為拖車接地軸端,故障仍為同一現(xiàn)象。
2019年6月15日檢查06003編組6車3位經(jīng)處理后故障是否已得到有效解決,再次打開端蓋檢查,發(fā)現(xiàn)炭刷仍存在異常磨耗,且軸承側(cè)已經(jīng)附著了大量炭粉(如圖3所示)。距離故障處理間隔時(shí)間僅為6個(gè)月,運(yùn)行公里數(shù)63509km。
2 軸箱溫度升高原因分析
對(duì)接地軸箱分解檢查,軸箱軸承內(nèi)部的潤(rùn)滑脂已嚴(yán)重變性,潤(rùn)滑脂內(nèi)可見大量金屬異物。將失效的潤(rùn)滑脂分不同點(diǎn)位進(jìn)行取樣,分別取軸承中央側(cè),A列內(nèi)圈,A列密封蓋6列內(nèi)圈6列密封蓋處,如圖對(duì)以上5個(gè)部位分別進(jìn)行成分檢測(cè),經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),該5個(gè)位置潤(rùn)滑脂內(nèi)均可見大量金屬異物,金屬異物多為純銅、碳素鋼等,其中,潤(rùn)滑脂銅粉含量嚴(yán)重超標(biāo),鐵粉含量未見異常(檢查成分參見表1)。
根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果,軸承潤(rùn)滑脂失效的原因?yàn)?ldquo;潤(rùn)滑脂內(nèi)銅粉含量超標(biāo)”;因潤(rùn)滑脂內(nèi)含有大量銅粉引起軸承潤(rùn)滑脂溫度升高,溫度的升高及銅粉的不斷增加加速潤(rùn)滑脂失效,造成熱軸。
接地軸箱部位含有銅元素的部件有“接地炭刷”及 “接地摩擦盤”,經(jīng)檢查,接地摩擦盤并未磨耗過(guò)限,但接地炭刷存在嚴(yán)重的異常磨耗現(xiàn)象。
(1)炭粉進(jìn)入軸承內(nèi)部原因分析
接地軸端內(nèi)炭粉的正常堆積狀態(tài)如圖5紅色部分所示,摩擦盤安裝在軸端壓板上,接地裝置體安裝在前蓋側(cè),前蓋與壓板間有迷宮密封,炭粉堆積量在前蓋側(cè),正常情況下可以防止炭粉進(jìn)入軸承,但是,若炭粉在前蓋側(cè)堆積量過(guò)多則可以通過(guò)“迷宮結(jié)構(gòu)”到達(dá)軸承。
(2)接地炭刷磨耗
故障位置接地炭刷均存在嚴(yán)重的異常磨耗,且存在偏磨現(xiàn)象,故障接地炭刷的尺寸為43.8mm,比新品炭刷短9.2mm;根據(jù)接地炭刷設(shè)計(jì)文件及其余車輛的實(shí)際使用情況,接地炭刷12-13萬(wàn)km磨耗量約為2-3mm,但故障車輛在更換新品炭刷后僅運(yùn)營(yíng)42336km。
同時(shí),接地炭刷異常磨耗的現(xiàn)象僅出現(xiàn)在拖車,溫升異常的接地軸端也僅發(fā)生在拖車。
綜上所述,拖車因接地炭刷異常磨耗產(chǎn)生大量炭粉堆集在軸箱前蓋側(cè),堆集的大量炭粉通過(guò)軸箱“迷宮結(jié)構(gòu)”到達(dá)軸承,從而污染軸承油脂使軸箱溫度升高,溫度的升高及不斷滲入炭粉再次加速軸承油脂的失效。
3 接地炭刷異常磨耗分析
炭刷磨耗主要分為機(jī)械磨耗和電磨耗。
機(jī)械磨耗和炭刷安裝工藝、刷架尺寸、炭刷材質(zhì)、摩擦盤材質(zhì)、機(jī)械振動(dòng)等相關(guān),針對(duì)各項(xiàng)分析如下:
(1)軸溫異常位置的安裝工藝、刷架尺寸進(jìn)行了仔細(xì)分析,尺寸和安裝均?合標(biāo)準(zhǔn)要求。
(2)炭刷材質(zhì)、摩擦盤材質(zhì)經(jīng)分析均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,且同一批次大量的接地炭刷及摩擦盤安裝于同一列車,僅拖車出現(xiàn)接地炭刷異常磨耗。
(3)拖車車輛存在振動(dòng)可能性電磨耗和整車接地回流方式、電流大小等有關(guān)。針對(duì)電流大小的問(wèn)題,對(duì)拖車接地回流進(jìn)行理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量,結(jié)果如下:
拖車?yán)碚摴ぷ鹘拥仉娏?210kVA/1.5kV=140A,拖車有2個(gè)接地軸端,平均分配到一個(gè)拖車接地軸端的電流為70A。
空載狀態(tài)下,拖車實(shí)測(cè)電流數(shù)據(jù)如表2。
根據(jù)實(shí)測(cè)電流,可得出如下結(jié)論:
(1)拖車的實(shí)測(cè)電流比理論計(jì)算電流大(6車實(shí)測(cè)總電流170A,較計(jì)算總電流值多出30A;1車實(shí)測(cè)總電流250A,較計(jì)算總電流值多出110A)。
(2)拖車電流回流存在不均的現(xiàn)象。根據(jù)上述結(jié)論,對(duì)重慶地鐵6號(hào)線接地回流電路進(jìn)行分析。
4 車輛接地回路分析
地鐵車輛接地回路按照布置分為功能回流接地和安全接地#功能回流接地是高壓電源負(fù)端的回流,通過(guò)接地回流裝置與列車軌道相連,高壓電源的負(fù)端首先通過(guò)導(dǎo)線與車體絕緣的匯流排相連,然后通過(guò)導(dǎo)線與轉(zhuǎn)向架上接地回流裝置相連,經(jīng)軌道臨末回到變電站高壓負(fù)端#接地系統(tǒng)特性要求,回流的功能接地與保護(hù)接地應(yīng)分開,高壓電路與低壓電路接地應(yīng)分開,即在工作接地與保護(hù)接地中間設(shè)置一個(gè)接地電阻,可以避免雜散電流通過(guò)動(dòng)車流向其他車。
重慶地鐵6號(hào)線車輛接地回流電路如圖6所示,拖車(TC)和動(dòng)車(MP、M)設(shè)備功能接地回路分別經(jīng)過(guò)本車接地匯流排,再接入接地軸端,而車體安全接地同樣匯集在本車接地匯流排,且本車功能接地和安全接地之間未設(shè)置接地電阻#拖車每個(gè)轉(zhuǎn)向架只有1個(gè)接地軸端,正常情況下,拖車的2個(gè)接地軸端回流裝置只給輔助電源裝置回流#而動(dòng)車每個(gè)轉(zhuǎn)向架有2個(gè)接地軸端,即動(dòng)車的4個(gè)接地軸端回流裝置只給當(dāng)前動(dòng)車的牽引系統(tǒng)回流#車體之間通過(guò)2根95mm2跨接電纜連通,所以拖車增加的電流來(lái)自動(dòng)車。
若拖車一個(gè)軸端的3個(gè)炭刷接線全部斷裂,則另一個(gè)接地軸端內(nèi)部的3個(gè)炭刷將會(huì)承受所有的電流。尤其在AW3載荷下,電流更大,大電流又會(huì)反作用于炭刷,拖車炭刷長(zhǎng)期承受大電流,又會(huì)加速炭刷的磨耗,形成惡性循環(huán)。
5 接地回流電路整改的探索
重慶地鐵6號(hào)線其他項(xiàng)目列車均為動(dòng)車回流方式,且接地軸端炭刷及軸箱結(jié)構(gòu)各部件均屬相同產(chǎn)品,一直以來(lái)運(yùn)營(yíng)良好,從未發(fā)生類似問(wèn)題#具體方法為將拖車接地電流引入相鄰動(dòng)車進(jìn)行回流,拖車不設(shè)置接地軸端,現(xiàn)對(duì)該故障批次列車拖車接地回流方式進(jìn)行探索性試改,來(lái)驗(yàn)證其是否會(huì)減少電磨耗,且該方案也可消除因拖車振動(dòng)較大導(dǎo)致炭刷機(jī)械磨耗較嚴(yán)重的可能性。從而根本解決炭刷異常磨耗,解決熱軸問(wèn)題。
具體整改方案如下:
(1)取消原拖車接地匯流排到拖車軸端接地線,將拖車的工作接地引至相鄰的動(dòng)車匯流排接地回流。
(2)將車體的安全回流電路與工作接地電路完全隔開。
6 整改驗(yàn)證
選取06020編組進(jìn)行首列車試改,對(duì)MP車整改后的接地電流進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試,電流數(shù)據(jù)符合車輛設(shè)計(jì)要求#經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的運(yùn)行驗(yàn)證,拖車接地炭刷在只有機(jī)械磨耗的情況下,未出現(xiàn)異常磨耗情況,MP車接地炭刷未出現(xiàn)異常磨耗。
7 結(jié)束語(yǔ)
軸箱軸承及軸端裝置等各部件的正常工作對(duì)保障整個(gè)列車安全運(yùn)行有著非常重要的意義,而列車電路合理且正確的設(shè)計(jì)對(duì)全車各部件的正常工作又有著長(zhǎng)期且深遠(yuǎn)的影響#所以對(duì)于軸箱高溫故障這類運(yùn)營(yíng)問(wèn)題,不能單純從機(jī)械角度進(jìn)行分析處理,而要綜合考慮,多方分析驗(yàn)證。本文詳細(xì)論述了接地軸端高溫故障的分析過(guò)程、分析方法,從機(jī)械、電氣角度分別進(jìn)行分析,并模擬正常運(yùn)行模式進(jìn)行接地電流檢測(cè),發(fā)現(xiàn)接地電流異常,再結(jié)合車輛電路設(shè)計(jì)圖紙,對(duì)比其他項(xiàng)目列車的正常運(yùn)營(yíng)情況,進(jìn)行探索性試整改,并對(duì)整改結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證跟蹤,整改效果良好,從根本上解決了接地軸端的高溫故障。
來(lái)源:《鐵道機(jī)車車輛》
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