研究机车牵引电机故障分类及运行维护监测设计

文/呼明

1 前言

直流电动机有着较强的牵引能力、适应能力、较高的功率因数以及粘合度，而且恒功率的使用面积较大，这些显著优势是传统直流传动机不可匹及的。就当前情况而言，我国电力机车领域中，交流传动机已占据主导地位，在不久的未来直流机车有被取代的趋势。牵引电机是电力机车的重要部件，它直接影响了机车的正常运行，为列车安全行驶保驾护航。因此，加强牵引电机的维护能力意义重大，深入探究、研讨牵引电机设计工作势在必行。

2 机车牵引系统的相关定义

重载铁路及高速铁路都是交通运输系统的重要基本元素，在当前严峻形势下，重载货运的发展面临较多困难，电力机车能否正常运行工作取决于机车交通运输轨道的正常状态，它直接影响了重载货运任务的安全完成[1]。保障电力机车正常运行的必要因素有以下几点：牵引电机正常工作；外接电源供给驱动电力。电力机车合理有效地完成牵引工作，直接影响了列车的行驶速度，降低了特定运输路程的运输时间，减少时间浪费。在此基础上，大大提升了列车的承载能力，列车在一定时间内完成交通运输任务的效率得以提高。

3 常见的机车牵引电机故障

3.1 定子在绕组时出现匝间短路现象

线圈中，由于相邻绕组的相互影响而引发绝缘体出现故障就是牵引电机定子绕组的匝间短路现象。最具典型的故障表现特征为：定子在线圈承受电磁力的过程中，出现振动现象，造成匝间的绝缘体受到破坏；定子在绕组过程中，特殊部位的温度持续上升，绝缘体出现氧化现象[2]。在定子绕组过程中，有效降低短路的匝数；在电机运行中，降低了影响参数。如果故障呈现不突出，出现短路的位置又产生极高的温度，长此以往，以短路位置为中心，向外延伸的绝缘体也会受到一定损坏，直至匝间短路现象逐步蔓延，进而引发相对短路及绝对短路，甚至更严重的故障出现。

3.2 转子导条出现断裂故障

针对笼形异步电机，其转子导条与端环遭到破坏引发断裂现象，这是在电机故障中，最具典型的一种故障形式。由于转子的有效旋转决定了电机动力输出工作的顺利安全完成，就笼形电机在启动过程时，次数较于频繁，运输的超载现象也逐步出现，这就导致转子导条在受到极强的作用力下，径向能力发生交变现象。例如：热弯曲挠力、离心力、电磁力等，然而在转子工作过程中存在一定的漏洞，这也是导致断条发生故障的直接因素。在转子出现故障的初始阶段，电机的转差率往往会发生改变，提高了输入功率以及定子电流；在转子故障极为严重时，导致电机的启动时间延长，更严重的会出现无法启动等情况。由于转子之间频繁摩擦，致使电机遭到损坏无法正常使用。

3.3 电机轴承出现故障

在牵引电机普遍发生的故障中，最具典型的是电机轴承出现故障。轴承可以分为以下两大类，即滑动轴承与滚动轴承。其中滚动轴承普遍应用于牵引电机中，而滑动轴承往往广泛应用在较大规格的牵引电机中。转子在牵引电机前端与后端的支撑能力全靠滚动轴承来完成。我们从以下几方面说明导致轴承破损的原因：润滑效果不佳、超负荷的承重能力、轴电流不稳、安装程序操作不当、不明物体的掺入等，不仅会加快轴承的破损程度，也会造成轴承表面严重腐蚀情况的出现，还有可能引发轴承断裂现象。滚动轴承由内、外圈以及滚动主体、支撑架组合而成，在正常工作状态下，轴承的每个部分都有可能发生故障，转子在进行高速运转时，带动内圈的有效转动，内环与外环同时给予转子强大的压力，在此作用下，提升了故障发生的概率，转子因摩擦作用而受损、腐蚀以及断裂是较为普遍常见的故障形式。轴承结构遭受损坏就意味着轴承已经发生了故障，电机转轴进而出现振动现象，破坏了牵引电机的磁场平衡状态[3]。

4 实施牵引电机的维护工作

4.1 加强轴承的维护工作

作为牵引电机的核心部件，轴承的维护工作异常重要，这就需要保障轴承必须在较为良好的工作环境下完成润滑工作。电机型号的不同，决定了轴承的如何选取。全方位清晰轴承，使用全新的润滑油，后期对轴承的维护保养工作，需定期定量对其进行填充润滑油，以确保轴承的正常运行。此外，在轴承工作状态下，工作人员不仅要时刻聆听牵引电机的运转声音，还要仔细查看牵引电机温度是否升高的情况，更要关注是否存在油量流失现象。异常现象一旦出现，应第一时间终止电机转动工作，组织相关工作人员通过空载运行，查找原因所在。对噪音的检测方法有很多种，其中在轴承周边，选择最贴近轴承盖的外侧，放置检测噪音的专用杆。这种较为普遍熟知的检测方法不仅可以检测一种电机声音，还可以检测到多种电机声音。我们往往采用温度测试仪完成轴承温度的检测工作，如果我们选取特定时长保养电机，在补充轴承的润滑油时，就必须严格按照参考数据的规格和数量完成。

4.2 加强换向器的维护工作

在正常状态下，牵引电机的工作性能及其稳定。此时，换向器表面的氧化膜呈现红棕色现象，但是碳刷的硬度存在较大差异，大量的灰尘积聚在换向器表面，换向器表面的氧化膜便不会再呈现红棕色现象。电牵引机在正常工作前，首先要确保换向器的整体一尘不忍，沟槽内保持清洁，没有杂物出现，四氟带表面还要保持绝对清洁，没有瑕疵。如果灰尘与碳粉等杂物将换向器的表面全面覆盖，首先，选用毛刷清理表面的杂物，沟槽中的灰尘及碳粉也要逐一打扫干净；其次，通过高压风吹扫换向器的表面；最后，使用干净的布料完成对表面的擦拭工作。在对四氟带的表面进行清理时，可以适量加入汽油，使其达到绝对清洁。

4.3 加强刷架的维护工作

电机换向不仅受刷盒影响，还受电刷影响较大。如果刷盒中出现碳粉、灰尘等杂物，由于碳刷运行不灵活，电机在这种情况下不能正常工作，进而出现换向器表面无法有效接触、换向工作正常运行、频繁出现闪络现象[4]。因此，在进行刷盒检查时，必须利用高压风为辅助工具进行清扫刷盒工作，最后选取干净的布料完成擦拭工作。为确保电机换向工作的顺利运行，我们不仅要时常检查电刷的摩擦消耗情况，也要关注电刷弹簧的压力是否充足，还要及时查看刷盒状态，如果出现问题，需在第一时间进行维修，并检测刷架权转动情况。

4.4 加强电枢与定子的维护工作

通常情况下，电机型号的不同，连接定子编制的引线使用寿命也各不相同，存在一定差异，到了使用寿命必须及时对其更换。此外，定期清洁定子内存在的杂物，例如：油污、碳粉等，对于接头连接时出现损坏的位置，务必做好烘潮与浸渍预防工作，保证绝对绝缘现象。与此同时，定期对电枢进行清理工作，保障电枢在整洁的环境中有效工作，一旦电枢轴身表面破损，必须第一时间进行替换，保障齿轮装配的正常运行。

5 针对机车牵引电机的检测设计

根据日常中我们掌握的经验表明，相关牵引电机维护的检测设计任务势在必行，我们就实时监测铁路牵引电机在正常工作运行情况，对其设计出原理图，对定子电流信号进行有效收集，加以分析信号强弱，有效判断辨别工作状态。在这项系统中包含了大量价值极高的信息，比如：外部时钟、电源、数据存储、通讯设备等有效模块，运行状态监测系统组成原理图如下图所示：

图1 运行状态监测系统组成原理图

从原理图我们可以看出，牵引电机中收集定子电流信号是通过电流传感器完成的，电机的工作状态利用模块的方式呈现。外部时钟不仅为整体的系统时间做好记录工作，也满足了与计算机通信各个接口的连接工作，数据模块实现了采集相关数据以及其他有效信息的存储工作。监测系统有效建立的基础在于神经网络结合小波分析完成，这两种较为智能化的计算方式在牵引电机中高效地完成了对定子电流的处理工作，有效定夺牵引电机运行模式的正常与否[5]。

6 结语

综上所述，我们应选择具有代表性的机车牵引电机作为首要研究对象，同时以国外对机车牵引电机的研究成果为辅助资源，逐类分析总结故障原因，提出故障解决方案，利用最新科学技术手段，大胆思考，并提出新的设计理念。在对电机及其构件进行检测维修工作时一定要按照相关技术规范和要求严格执行，尽可能规避由于检维修操作不当导致牵引电机落修问题产生的集体破损，同时，加强积累相关经验认知，做好整理记录工作。总而言之，在机车正常工作时，牵引电机有效完成了能力转换工作，它的安全运行为机车正常行驶保驾护航。