内燃机车电机传动轴机械振动的原因分析和处理

李 勇，杨国华

（武钢集团昆钢股份安宁公司铁路运输分公司，云南 昆明650302）

内燃机车电机传动轴机械振动的原因分析和处理

李 勇，杨国华

（武钢集团昆钢股份安宁公司铁路运输分公司，云南 昆明650302）

针对昆钢铁路运输分公司内燃机车运用中液力传动箱电机传动轴出现机械振动，甚至扭断的问题，通过分析，找出引起电机传动轴机械振动的原因，提出相应的处理措施。运用本文提出的处理措施，消除电机传动轴机械振动异常情况，有效提高机车的修理质量，保证机车性能良好，满足铁路运输生产需要。

内燃机车；电机传动轴；振动；处理措施

内燃机车运用中液力传动箱电机传动轴出现机械振动，属于内燃机车故障中相对小的问题，目前还没有系统分析原因并提出应对措施的相关文章。本文以该故障排除实践为基础，不断总结该故障的处理方法。运用内燃机车修理理论，分析产生原因，结合修理工作实践经验，提出科学合理、行之有效的解决办法，提高电机传动轴机械振动故障排除的能力，经济、高效地恢复内燃机车性能。

1 问题提出

目前，昆钢铁路运输分公司共有21台内燃机车，车型较复杂，大体可分为两大系列（DFH系列和GK系列），其中DFH5B型5台、DFH21型 4台、GK1B型4台、GK1F型2台、GK2B型4台、GK1E型2台。DFH系列机车装备的液力传动箱采用机械换向装置和机械双信号换档装置，这种箱体只有1套液力变扭器（包含起动变扭器和运转变扭器），具有结构紧凑、换向冲击大、维护和检修比较困难等特点；而GK系列机车液力传动箱采用电子换档系统和电控液力换向系统，拥有前向和后向两套液力变扭器，具有换档、换向准确，操作灵活、方便等特点。两种液力传动箱都是通过电机传动轴与起动发电机相连接。

2004年以来，铁路运输分公司牵引动力全部由内燃机车承担。随着投入运用时间不断延长，机车司机在日常运用中时常提出：机车液力传动箱电机传动轴存在异常机械振动和噪音过大的问题。从2005年至2015年底，据统计共出现电机传动轴故障共35起，7起联轴节扭断事故。具体故障统计如表1所示。

表1 机车电机传动轴故障统计

2008年9月13日，DFH5B型3029#机车起动时弹性联轴节扭断，造成电机万向轴花键套部定位失效，击坏两节冷却单节，损坏侧百叶窗等部件的机破事故，严重影响机车的运行安全。此外，GK系列机车的电机传动轴靠近司机室，异常机械振动及其噪音直接影响司机的正常工作，使司机的工作条件更趋恶劣。因此，电机传动轴异常振动问题必须高度重视。

2 原因分析

电机传动轴位于液力传动箱最上一箱内，是箱体尾部的一根功率输出轴，专为起动发电机而设置，主要由齿轮轴、轴承、电机万向轴、法兰盘、弹性联轴节等组成，电机传动轴功率传递路线如下：

柴油机→第一万向轴→液力传动箱第一输入轴→齿轮轴→法兰盘→弹性联轴节→电机万向轴→法兰盘→主发电机。

当起动柴油机时，起动发电机由蓄电池供电运转，带动柴油机发火；当柴油机起动后，起动发电机由液力传动箱输入轴驱动，起动发电机以发电工况运转，给机车控制、照明供电以及蓄电池充电。在柴油机工作时，电机传动轴处于高速旋转状态，起动发电机一直工作[1]。根据电机传动轴位置和工作状况，大致可以判断电机传动轴机械振动及其噪音是由于三方面因素引起的，即动力源振动、旋转轴系机械振动、润滑不良。

2.1 动力源影响

铁路运输分公司有19台内燃机车，装备12V180ZJ（C）型柴油机作为动力源，电机传动轴通过液力传动箱第一输入轴与柴油机曲轴相连接。因此电机传动轴的平稳性由柴油机曲轴的旋转的状态决定，柴油机曲轴旋转的平稳程度则由柴油机各气缸的爆发压力均匀程度来决定[1]。

影响柴油机各气缸工作均匀性的因素有：喷油状况、燃烧情况等。通过对几年的检修记录分析，认为当柴油机喷油参数不良、活塞环闭口间隙超差时，必然出现柴油机燃烧不良，各气缸工作不均匀，使曲轴产生振动和转速不稳，此时电机传动轴出现轴向机械振动。原因是液力传动箱输入轴采用斜齿圆柱齿轮（模数 mn=5，螺旋角 β=13°42′50″）来满足高速重载、传动平稳的要求，当输入轴齿轮与电机传动轴齿轮啮合时，由于输入轴产生振动和转速不稳，使齿轮的轮齿间产生冲击，其轴向冲击力造成电机传动轴轴向振动，并引起旋转部件异常噪音[2]。此时，如电机传动轴轴向定位轴承（3E176313KQT）的轴向间隙还未超限，升高柴油机转速，由于旋转机件的惯性力作用，电机传动轴的轴向振动趋缓的现象；如该轴承的轴向间隙已超限，则出现振动加剧的现象。

2.2 旋转轴系的影响

（1）轴系各轴的同轴度影响

起动发电机通过弹性联轴节、电机万向轴与电机传动轴相连接。尽管弹性联轴节和电机万向轴都有补偿同轴度偏差的作用，但仍然对起动发电机的安装精度有一定的要求[3]。如安装误差较大，因电机万向轴两个法兰盘之间不平行，引起轴线偏移，使连接法兰盘之间的电机万向轴弯曲、变形，引起异常机械振动及噪音，如图1所示。

图1 轴线偏移示意图

DFH21型1004#、DFH5B型3029#机车都曾出现因起动发电机安装误差大而引起机械振动大的问题，其中3029#机车由于柴油机燃烧不良造成电机传动轴轴向振动大，同时又由于起动发电机安装误差大，超出了弹性联轴节的允许补偿偏移量。久而久之，致使弹性联轴节扭断，造成了2008年“9·13”机破事故。因此正确地安装起电发动机，消除各轴的轴线偏移，电机传动轴的机械振动和噪音就能明显减少。

（2）电机万向轴不平衡力矩的影响

为了保证电机万向轴在高速旋转下工作平稳，装配时，要进行动平衡试验，即确保万向轴旋转轴线与惯性主轴线相重合[1]。机车在投入运用几年后，由于电机万向轴磨损和检修中组装装配误差较大等原因，几台机车出现了电机万向轴振动大的问题。通过组织相关技术人员检查发现，电机万向轴高速旋转时径向产生3 mm～4 mm的重影，造成了电机万向轴不平衡力矩超限，引起电机万向轴异常振动，进而影响机车的安全运行。针对该问题，根据万向轴旋转轴线与惯性主轴线相重合的原则，采取重新调整十字销轴承安装位置或更换不良十字销轴承的方法，消除万向轴旋转时的重影，同时在安装中将法兰盘接触面彻底清扫干净，按规定力矩紧固螺栓等手段[4]，避免了电机万向轴不平衡力矩的影响，电机万向轴机械振动和噪音明显减小。

（3）润滑不良的影响

液力传动箱的润滑是一个很重要的问题，它直接关系到机车运用的安全可靠性及轴承、齿轮的使用寿命，因此在设计和检修时都较为重视。液力传动箱内部的润滑系统采用供油泵提供压力油来润滑各齿轮、轴承，只要供油泵状态良好、油道无阻塞和泄漏，箱内各件均处于良好的润滑状态[5]。而电机万向轴是一根装在箱外高速旋转的部件，对十字销轴承和花键连接部采用润滑油脂进行润滑，在高速旋转中由于离心力作用，油脂易从缝隙或损坏的黄油嘴中甩出。如果在日常维护和保养稍有疏忽，就容易造成电机万向轴十字销轴承、花键连接部出现润滑不良的情况。

机车在运行过程中，由于柴油机的旋转方向是一定的，因此传递扭矩的方向也是一定的，所以电机万向轴的十字销轴承、万向轴叉部的轴承座孔等处的磨损主要发生在受力面一侧。十字销轴承内的滚针如果润滑不良，则不易滚动，致使滚针烧蚀、轴承表面起沟槽等问题；花键部连接处如果润滑不良，因摩擦造成花键槽受力面一侧出现非正常磨损，致使电机万向轴主动端和从动端连接处间隙变大。这两种因素都会造成电机万向轴间隙变大、异响，引起了电机传动轴机械振动大和噪音大。

3 分析及解决措施

3.1 原因分析

综上所述，引起电机传动轴机械振动、噪音的主要原因有：

（1）柴油机各气缸工作均匀性差。

（2）十字销轴承、花键槽润滑不良。

（4）起动发电机安装误差大。

（5）电机万向轴的不平衡力矩超限。

这些不利因素必然影响轴承的工作寿命，必然缩短机车的正常使用时间，甚至造成机破事故。因此，电机传动轴机械振动大的问题必须高度重视。

3.2 处理措施

机车运用过程中，如发现电机传动轴机械振动大，产生异常噪音时，应从以下几个方面进行仔细检查和处理，具体如下：

（1）检查、维护措施到位

1）柴油机各气缸工作的均匀性是保证让电机传动轴齿轮平稳啮合的关键。机车使用中应定期按工艺技术要求校正喷油参数、调整气阀间隙、更换不良活塞环等，确保柴油机工作正常。

2）电机传动轴如出现轴承轴向间隙超限现象，应及时更换。

3）加强日常对电机万向轴的维护和保养，定期加注润滑脂，保证万向轴各部润滑良好。

（2）校正、安装方法必须正确

1）校正起动发电机的安装误差，这是消除电机传动轴机械振动大的有效手段。

2）电机万向轴在安装中，要保证两端法兰盘接触面清洁干净，联接螺栓达到规定的预紧力，电机万向轴旋转径向无重影。

4 结束语

分析和研究机车电机传动轴振动大、噪音大的问题，不仅能提高机车的修理质量，又能防止发生机车异常振动、机破事故，更重要的是为运输生产设备运用提供了技术状态良好的机车，确保了铁路运输的安全、正常运行。目前昆钢公司正处于“三年保生存两年转型发展”的关键阶段，以问题为导向，用科学、严谨的工作方法，以解决好铁路运输设备存在的问题，满足运输生产需要。

[1]袭建维.内燃机构造与修理[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[2]王正宾.液力传动装置[M].北京：中国铁道出版社，1986.

[3]哈尔滨铁路局教育处.内燃机车检修[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[4]董锡明.机车车辆维修基本理论[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[5]四方机车车辆股份有限公司.SF4010—2A/2B型传动箱使用维护说明书[M].青岛：四方机车车辆股份有限公司，2002.

Cause Analysis and Treatment of Mechanical Vibration of Motor Drive Shaft of Diesel Locomotive

LI Yong，YANG Guo-hua
（Wuhan Iron&Steel(Group)Company.Co.，ltd.，Kunming Limited Iron&Steel Company Co.，Ltd.，Anning Company，Railway Transport Branch，Kunming Yunnan 650302，China）

Aiming at the mechanical vibration and even broken problems of the hydraulic transmission box motor drive shaft in the application of the diesel locomotive of kunming steel railway transportation branch，through the analysis，find out the cause of the mechanical vibration of the motor drive shaft，and put forward the corresponding treatment measures.With the measures mentioned in this article，eliminate the happen of the abnormal situations in the mechanical vibration of the motor drive shaft totally，and improve the quality of locomotive repairing，and make sure the locomotives are always in a good condition during work，then，meet the requirements of railway transportation productions.

diesel locomotives；motor drive shaft；vibration；treatment measures

U262.9

B

1672-545X（2017）08-0171-03

2017-05-30

李 勇（1962－），男，云南昌宁人，工程师，在职研究生，研究方向：冶金铁路机车车辆机械；杨国华（1971－），男，云南曲靖人，工程师，本科，研究方向：内燃机车运用与修理。