牽引電機(jī)軸承電蝕在高速動(dòng)車組的應(yīng)用及對(duì)策

CRH380BL型高速動(dòng)車組作為速 度300~350ｍ/h的 主力車型，已 廣泛分布在京津、武 廣、京 滬、滬 寧等客運(yùn)專線上，所 配屬的牽引電機(jī)已超過(guò)5000臺(tái)。截止 到2014年2月的運(yùn)用 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，牽引電機(jī)在運(yùn)用過(guò)程中發(fā)生軸承承故障多達(dá)20余起，

軸承沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的壽命提前失效。主要表現(xiàn)為軸承溫度過(guò)熱、甩油、 軸承卡滯。對(duì)于牽引電機(jī)軸承故障，專家們進(jìn)行了研討，共同認(rèn)定軸承功能失效是由軸承電蝕引起的。但對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的根源，意見(jiàn)分歧很大。為尋求防止故障發(fā)生的根本途徑，在相關(guān)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，就軸承電蝕發(fā)生機(jī)理、影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，找到了預(yù)防軸承電蝕的解決方案。

１牽引電機(jī)軸承故障的現(xiàn)象及特征

CRH380BL型高速動(dòng)車組牽引電機(jī)在線運(yùn)行軸承故障具體表征為電機(jī)軸承溫度在較短時(shí)間內(nèi)快速上升，達(dá)到過(guò)熱限制報(bào)警。故障種類主要為軸承過(guò)熱、軸承甩油、軸承卡滯。通過(guò)對(duì)二十多起軸承故障的牽引電機(jī)運(yùn)行里程、配屬車位等信息匯總，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)車組兩端車輛轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)故障機(jī)率高，占故障70.83%

經(jīng)過(guò)對(duì)多臺(tái)故障電機(jī)解體發(fā)現(xiàn)，電機(jī)故障具有相同的特點(diǎn)：軸承潤(rùn)滑脂存在變黑、碳化現(xiàn)象；電機(jī)繞組部存在潤(rùn)滑脂污跡；軸承絕緣涂層擊穿、部分有明顯灼燒痕跡；軸承滾動(dòng)體表面和滾道上遍布微小的凹坑，呈現(xiàn)出嚴(yán)重的電腐蝕。綜合上述信息，高速動(dòng)車組牽引電機(jī)軸承故障都直接或者間接的與過(guò)電流、潤(rùn)滑有關(guān)，是絕緣軸承發(fā)生電蝕而引起的功能失效。

２牽引電機(jī)軸承故障機(jī)理分析

軸承電蝕是旋轉(zhuǎn)中的軸承內(nèi)部電流通過(guò)引起的。當(dāng)電流流過(guò)軸承時(shí)，電流會(huì)擊穿滾動(dòng)接觸部分極薄的油膜，產(chǎn)生火花，使接觸表面產(chǎn)生局部熔化損壞，形成電弧放電麻點(diǎn)，造成軸承溝道和鋼球電蝕，使摩擦系數(shù)增大，加劇機(jī)械磨損，致使軸承異常發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)展成剝落，最終使軸承功能過(guò)早失效。電蝕對(duì)軸承的破壞程度取決于放電能量和持續(xù)時(shí)間，但破壞效果基本相似，包括：滾動(dòng)體和滾道上的電蝕凹坑、搓 板紋等。電流通過(guò)還會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)的潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，局部高溫會(huì)導(dǎo)致添加劑和基油發(fā)生反應(yīng)，使基油燃燒或炭化，潤(rùn)滑脂迅速衰變變 黑、變硬。

同時(shí)高溫使?jié)櫥兿。谛D(zhuǎn)部件作用下從迷宮間隙甩出，潤(rùn)滑脂的迅速失效也是過(guò)電流導(dǎo)致軸承失效的一個(gè)典型模式。牽引電機(jī)軸承中有電流流過(guò)是因?yàn)樵诮^緣軸承的外圈與內(nèi)圈之間存在超過(guò)一定數(shù)值的高電壓，該高電壓將軸承絕緣涂層耐壓薄弱處擊穿，軸承電 氣絕緣失效，形成了電流通路。．

１電機(jī)軸電壓CRH380BL型高速動(dòng)車組采用電力牽引，牽引電機(jī)由電壓型變頻器供電運(yùn)行，經(jīng)齒輪箱傳動(dòng)將電能轉(zhuǎn)換為牽引列車的機(jī)械能。通 過(guò)輪對(duì)和鋼軌產(chǎn)生牽引力，并通過(guò)輪對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)車組運(yùn)行。在軌道牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引電機(jī)由電壓型變頻器供電運(yùn)行時(shí)不可避免會(huì)出現(xiàn)軸 電壓。

電機(jī)軸電壓主要由兩部分組成：

一是由于磁路不對(duì)稱，磁通脈動(dòng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓；二是脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）逆變器供電下，電源電壓不平衡并含有比較高次的諧波分量，使電源中點(diǎn)電壓產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，存在零序分量，從而通過(guò)電機(jī)各部分間存在著大小不等的分布電容所構(gòu)成的零序回路產(chǎn)生高頻共模電壓。其值不僅取決于定子繞組和轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子和機(jī)座之間 的電容以及軸承本身的電容值

軸承損傷特征還與脈沖頻率、脈沖上升時(shí)間以及電動(dòng)機(jī)的定額有關(guān)。在設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件正常的牽引電機(jī)中會(huì)存在一定數(shù)值的軸電壓，軸電 壓最大值為84Ｖ，變化周期與IGBT的開關(guān)頻率一致，以共模電壓為主。

3、防止軸承電蝕對(duì)策

牽引電機(jī)絕緣軸承不產(chǎn)生電蝕所容許的電壓或允許通過(guò)電流的大小與供電條件、軸承狀況、安裝質(zhì)量、電機(jī)運(yùn)行工況、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境和軸電流流經(jīng)路線的阻抗等諸多因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，完全消除鐵道機(jī)車車輛軸承內(nèi)、外圈的電勢(shì)差是非常困難的。然而，如果能夠阻止或大大降低通過(guò)軸 承的電流，就可以防止軸承發(fā)生電腐蝕。

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