增吨提速后SS4改ZD105型直流牵引电动机可靠性降低原因分析

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1、增吨提速后SS4改ZD105型直流牵引电动机可靠性降低原因分析摘要：根据SS4改型机车担当万吨补机，其牵引吨位增加并提速后，牵引电动机落修率大幅增长并且惯性故障明显增多的情况，分析原因并提出可行性措施。1 问题的提出SS4改型机车在呼和车间运用以来，牵引吨位一直小于4800t，平均货运速度为60km/h，其ZD105型牵引电动机运行可靠、平稳，落修率低于0.25台次/10万km，惯性故障主要为环火。自2009年担当万吨补机后，牵引吨位增长，平均货运速度提高，牵引电动机运行可靠性迅速下降，落修率高达0.485台次/10万km。除环火外，还出现放电接地、主极绕组断路、轴承烧损等惯性故障现象。牵引电

2、动机可靠性降低，给机车运行带来很大危害，因此，分析原因并采取有效措施，才能确保运输生产安全。2 数据统计20082010年上半年牵引电动机主要检修情况见表1。表1牵引电动机主要检修情况项目200820092010上半年机破件133临修件91415落修台163524环火放电/台368落修率台次10万KM-10.2460.4850.438由表1可见，从2009年起牵引电动机机破、临修、落修等指标大幅度增长。2008一2010年上半年牵引电动机落修故障比较见表2。表2牵引电动机落修故障情况故障情况200820092010上半年环 火61114放 电1810主极接地112主极断路1410引线烧断321

3、刷架故障120电刷破损110电枢故障043轴承破损042其 他123总 计153945由表2可见，从担当万吨补机后ZD105型脉动直流牵引电动机惯性故障大幅度增加。3 可靠性降低原因分析增吨提速后，牵引电动机惯性故障突出表现在环火放电、主极绕组断路、轴承烧损等方面，而且，电机环火放电的状态与传统的定义有所不同，大部分为放电而非环火，即换向器表面无烧痕，而升高片和换向器前端却灼伤严重。这种现象以“电枢换向器尖端向放电板和升高片放电”来解释较为合理，其原因是牵引电动机瞬间过载引起换向器片间电压过高而放电。放电而未形成环火的前提：一是换向器表面清洁，没有形成所谓的导电桥；二是换向器上电位未达到足以维

4、持一定的电弧长度与强度的电压。SS4改机车额定功率为6400kw,ZD105型脉动直流牵引电动机每台持续功率为800kw.牵引吨位由4800t增长至万吨补机,机车当属重载牵引。因为机车牵引除了自重和货物重量外，还应包含路况和天气不良时所额外增加的负担，如上坡、下雨等等，这些因素会使机车空转机率增加。因此，增吨后牵引电动机的实际负载要比理论计算值大，甚至会出现过载运行，由此引发了一系列故障，从而导致牵引电动机可靠性下降。具体原因如下：（一）牵引电动机过载是引起环火放电的主要因素。其主要原因包括以下几个方面：(1)重载牵引时，启机时间过长，容易使牵引电动机在大电流下被扼住，导致换向器局部过热而发生

5、规则性变形凸出，使换向器表面失圆，其结果造成电刷与换向器表面接触不良,火花增大,电刷易碎裂，最终导致电机环火。在增吨提速之前，每年牵引电机发生换向器表面失圆的比率低于0.65%,而增吨提速后比率达5.84%。(2)重载牵引启机时，乘务员提手柄过快，使电机瞬时过电压、过电流而造成电机换向不良，引起环火或放电。经相关人员跟车添乘证实有不良操纵现象而导致电机故障。 (3)重载牵引并提速，使电机磁场削弱加深。十八台坡道具有9.3坡度，既长又大。重载下高速持续牵引，势必导致过分削弱磁场，电机将过载运行且发热加剧，主极磁场畸变厉害，电抗电势和最大片间电压增加，从而使电机换向恶化，引起电枢放电甚至环火。(4

6、)重载牵引时，机车在启机或爬坡、下雨或空气潮湿时极易发生空转。机车轮对空转时，未按规定及时撒沙，个别电机突然加速或剧烈振动，或发生轴重转移，加剧电枢反应，导致换向不良而引起环火。据统计，第1、2位牵引电动机环火放电率占总数的79.2% , 而第3、4位仅占20.8%。(5)重载牵引机车过大坡道、道岔、弯道时，如速度、制动力等方面未正确调整，易引起电机瞬时过电压、过电流而导致环火。（二）重载牵引，使牵引电动机长期在大电流下工作甚至超过额定电流值工作，主极绕阻热胀冷缩严重且频繁，引起材质疲劳，其焊接部位极易受损而烧断；同时机车提速，使电机在运行中所受到的冲击、振动加剧，主极绕组发生松动而导致焊接部

7、位受损。增吨提速前，一年内仅有5台电机发生主极绕组断路故障，而担当万吨补机后，就有14台电机出现主极绕组烧断情况。说明增吨提速后主极绕组烧损现象加剧。（三）绝大多数牵引电机运行近10年，绝缘介电强度降低，陆续出现绕组泄漏电流超限而引起放电接地现象。（四）重载牵引时，电刷磨耗加快而频繁更换电刷，造成电刷接触不良、换向面氧化膜难以生成以及刷架圈不能恢复到位等问题而引起电机环火。电刷磨耗由电气磨耗和机械磨耗构成，前者占磨耗率的70%，后者仅占30%。电机负荷越大，其电枢电流就越高，则电刷磨耗越快。正因为如此，在机车增吨提速后，电刷的磨耗寿命由原来的6万8万降低到5万km以下，而且担当万吨补机后发生电刷刷辫过热、松脱甚至刷体碎裂等情况非常严重。（五）担当万吨补机后，牵引电动机传动端轴承烧结或破损故障迅速增长，多次造成临修。