机车牵引电机的机械质量问题探思

机车牵引电机的机械质量问题探思

刘大为

中车大连机车车辆有限公司检修分厂 辽宁大连 116021

摘要：基于电机制造与使用的可靠性，分析了在机车牵引电机的制造和检修进程中，对电机机械质量的设计、制造与工艺方面的影响因素。研究了在金属材料损伤、装配质量、绝缘结构的力学性能、平衡和振动等普遍的惯性质量问题，同时，给对电机机械质量影响较大的具体工艺环节提出了改进建议与措施。

关键词: 牵引电机; 机械质量; 故障; 措施

1、金属材料损伤

引出线和连线的断线是金属材料损伤的主要原因，这也是最普遍的电机故障之一。处于工作状态中的引出线和连线不仅受到振动和电磁力等外部应力作用，还受到不少的内部应力，这也是连线断裂的主要原因。出现较大的内部应力主要可以归咎于在制造和装配铜线时出现误差、铜线本身受热膨胀受冷收缩的特性以及绝缘材料的性能之间如膨胀系数的差异。铜线在制造装配时的误差、热胀冷缩以及与绝缘材料之间膨胀系数的差异，都使得内部出现较大应力，这也是导致连线断裂的主要原因。

降低故障率可以采用软连线的方式来消除一定的内部应力，但是效果有限，通过增加导线截面积来消除内部应力效果也不太理想。最有效的方式是在引出线和连线之间按一定距离在机座上增设卡子。当前在理论与实践中对于消除内部应力和保障连线刚度较有成效的方法是叠片式软连线。^[1]

2、机械质量缺陷

2.1、机械振动导致齿轮裂损

电机部件损伤的主要原因之一是机械振动，其成因是由齿轮啮合不良引发的。齿轮啮合不良分为两种情况：齿轮啮合不良分为渐开线形变和安装过程出现偏差这两种情况。以上两种情况都会引起振动，从而导致牵引电机损伤。因此，在运行和检修时，不仅要加强加工和安装的质量，还要检查齿轮状态和相关裂损部件。目前普遍采用磁力探伤检查裂损部件，但其准确性有限，建议采用超声波探伤替换。

2.2、拆卸不当导致机械损伤

拆卸不当是导致电机部件损伤的另一主要原因。由于牵引电机是经过了真空压力浸漆处理，使得其在拆卸部件的过程中比较困难，如果拆卸不当，很容易导致铜线撕裂损伤、螺丝产生裂纹、配合面被拉伤和部件发生形变等严重后果。为了减少操作不当而造成的严重后果，除了需要改进电机解体工艺，利用专用装备进行拆卸，还要加强拆卸前后对部件的质检，并及时更换损伤部件。^[2]

2.3、焊修工艺欠缺导致部件失效

电机的长期工作使其机械结构产生变形、磨损、裂伤等问题，影响电机的性能和可靠性，所以检修的电机必须恢复原状。大多数电机构件对尺寸的精度要求都很高，因此需要完善焊修工艺以保证机座、转轴等重要部件的焊修质量，避免焊接引起的内应力引起形变等问题。例如检修牵引电机机座体孔，如果大面积的焊修没有基于完善的相应的工艺保证措施，那么体孔很容易变形失效，引起电机故障。

3. 装配质量不良

3.1、互换造成配合不良

加工的偏差，导致相同型号的牵引电机在部件互换时会影响电机的性能，以定子和磁极等部件为例，在互换时会影响电机的速率，联轴器、端盖等需要配合具体尺寸的部件则会因为配合不良而产生偏差。因此，电机在检修时不要随便互换重要零件，要坚持“原机原配”的原则。

3.2、冲片松动造成定子故障

定子铁芯是由多个扇形片叠压而成的，所以因扇形片松动凸起而割破定子线圈，导致定子接地发生故障也很常见。而振动就是导致冲片松动形成凸片的主要原因，除此之外，机座刚度弱、齿压片承受大部分铁心压力等因素也会影响冲片松动。在检修的时候，以两片一组，用电焊固定松动的冲片比较合适。。同时，扇形片松动凸起的问题应该在制造时就尽量解决，可以采取通过调整材料和热加工工艺来加强机座刚度，以保证电机的质量。

3.3、定、转子偏移影响轴向定位

牵引发电机的轴向定位完全依靠柴油机传动装置的配合。轴向定位影响定、转子铁芯，迷宫式油封轴向的间隙等，一旦轴向定位发生偏差，这些部件也会产生误差，然而在实际的安装过程中，这些偏差时常发生。建议安装时在转子与曲轴对轮连接处添加垫片，以便后续调整轴向定位。

3.4、加工工艺与原则相统一

为了满足机车牵引电机与其他辅助电机的联轴器或齿轮对精度的要求，装配时多使用无键锥度面，这需要在装配前先研磨轴或刮配锥孔。不过如果需要刮配的锥孔数量太大，不仅工时长，还会导致套件瓢偏。但是在保证精度的车床加工，可以在一定程度上解决这个问题。即使刮配加工工艺存在不足之处，其质量与精度都是要高于研磨加工工艺。此外，尺寸配合要将互换性纳入考虑范围，坚持以小配大、以次要配主要的原则。

4、绝缘结构的机械性能

4.1、机械故障引发绝缘故障

不良的工作环境会降低牵引电机的精度，其可靠性甚至会低于一般工业用电机，而且故障率变高、检修周期变短使得在该环境下的电机后期维修的工作量变得很大。电机，作为一种重要的电气设备，其机械、绝缘结构都很复杂，在电机结构中，公认的薄弱环节是电气绝缘。其实大部分电机故障是由于机械故障导致的，而不是电气绝缘老化。因此，为确保牵引电机良好运行，应克服机械故障引起的绝缘故障，建议在制造和检修两个方面加强质量控制。

4.2、槽口部分设计缺陷引发绝缘故障

接地、匝间短路故障常见原因是电机绕组槽口部位的绝缘劣化或损伤。建议在电驱铁心两边约10mm处，用单边更大的大槽冲片代替正常冲片，冲片增加值大约在1mm，高强度的 U 形槽口绝缘衬套可以置于更换冲片后产生的空余空间内，同时，相对应地修改槽楔设计和通槽工艺，以便对槽口绝缘进行补强，有利于电机的可靠运行。^[3]

结语

明确机车牵引电机的问题所在，是提高其质量的关键。机械质量的问题虽然看上去不大，但是提高牵引电机整体质量都要基于此，机械质量的问题多而广，制约牵引电机提高质量。根据以上分析可得，影响电机产品整体质量绝不只单个因素，而是要基于完善的冷加工与热加工、精准的安装配置、先进的检测方法和可靠的零部件质量，因此，认真做好每个细节、注意检查和维护保养运行中的牵引电机，才是提高其整体质量和运行可靠性的有效保障。

参考文献：

[1]许峻峰,李耘茏,许建平. 永磁同步电机作为机车牵引电机的应用现状及前景[J]. 铁道学报,2005(02):130-132.

[2]赵红军,韩春阳,何华伟. 和谐机车牵引电机轴承相关情况的调研分析及建议[J]. 铁道机车与动车,2016(02):12-16+7.

[3]陈聚龙,王俊国,陈跃威,赵永翔. 铁路机车牵引电机临界转速和不平衡响应分析[J]. 机械强度,2017,39(06):1264-1270.