YJ277B型异步电机转子导条裂纹原因分析及优化建议

YJ277B 型异步电机转子导条裂纹原因分析及优化建议

王野 刘运鹏

辽宁省大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116022

摘要：永济电机公司生产制造的YJ277B型异步牵引电动机广泛装用于国内动力集中动车组，随车组运用，牵引电机导条频繁出现转子导条裂纹问题，严重影响车组正常运行。本文对该问题产生原因进行简要分析并提出优化建议。

关键词：YJ277B型异步电机；动车组；改进优化

1 引言

YJ277B型异步牵引电动机，广泛装用于国内动力集中动车组 。运用过程中，多次出现牵引电机转子导条裂纹故障，不同生产年份、不同运用区段的牵引电机均存在该问题，与生产制造批次及运行线路无明显对应关系，故障电机运行里程集中在46-87万公里。本文对该问题产生原因进行简要分析并提出优化建议。

2 整机及转子结构介绍

YJ277B型牵引电机是以和谐型电力机车YJ277A电机（永济公司与东芝公司联合开发）为基础设计开发的大功率，高转速牵引电机，整机采用全悬挂安装，单端联轴节输出，单轴承结构。电机采用强迫通风方式，冷却风从传动端齿轮箱进风口进入，从非传动端端盖轴向排出。

转子为鼠笼式转子，由转轴、转子冲片、转子压板、端环、导条、护环、锁紧螺母、联轴节和平衡块等部件组成；转子导条和端环采用

池槽结构，通过中频感应焊接成一体，护环热套在端环上：所选结构、

材料均与 YJ277A 电机完全一致，仅区别于端环的外径不同（外径相差 0.6mm）。

3 运行情况排查

3.1 通风散热情况：

对故障电机在线运行温度数据进行分析，电机定子铁心温度均在100℃以内，小于电机温升试验时的定子铁心温度( 148.5℃)，可排除因通风不良导致转子过热引起导条断裂的因素。

3.2 轴承6A温度数据情况：

根据故障电机轴承6A温度数据分析，机车微机系统报故障前，故障电机轴承温度明显高于其他轴位。

3.3 机车ERM数据情况：

对故障时刻机车ERM数据进行分析，故障前牵引电机电流无明显异常，定子温度明显高于其他轴位电机，最高温差可达30℃。

综上所述，在机车微机系统报故障前，故障电机轴承温度及铁心温度明显高于其他轴位，可通过6A及ERM数据进行筛查，提前预判故障。

委托第三方对故障电机转子导条进行失效分析，分别从宏观形貌分析、超景深观察、微观形貌分析、氢脆性试验、金相组织分析以及化学成分检测等方法对故障件进行全面分析。结果表明：裂纹位于导条与端环连接的内圆拐角侧；导条的断裂具有明显的疲劳断裂特征，属于高周疲劳断裂；导条的氢脆性试验、金相组织分析以及化学成分经检测均符合要求。

4 原因分析

经分析，共查找到19项可能导致转子导条裂纹的因素，逐项排查，可排除17项，剩余2项无法排除。具体情况如下：

经检测，故障电机转子导条固有频率检测值为640Hz~705Hz；新转子固有频率检测值为1020Hz~1030Hz。故障电机6A振动频谱数据存在频率700Hz附近的异常振动，故障转子导条固有频率集中在640Hz~700Hz之间，两种频率接近可能产生共振，共振导致导条和端环焊缝处应力急剧增大，造成导条疲劳开裂。

5 风险评估

从目前故障情况可以判定，随运行里程增加，故障率呈上升趋势，根据故障电机拆解及尺寸检查情况，对在线运用电机风险评估如下：

1）异常振动主要在列车低速下产生（列车速度60-100km/h），速度提升后（列车速度110km/h）未发现异常；

2）初始裂纹：导条因共振疲劳初始出现裂纹，电机特性未发生变化，对整车运行无影响；

3）导条断裂：随着裂纹扩展，导条断裂；断裂导条与端环仍处于虚接状态，电机通电运行时因电流发热造成导条高温，高温下导条机械性能降低，电机产生异常发热或振动；

4）动力车逆变器输出过流：转子高温下高速旋转使裂纹逐步扩大，导致转子导条与定子线圈端部接触，电流异常增大，触发变流器输出侧过流故障；

综上所述，可知：

1）电机故障概率随动力车运用里程逐步上升；

2）在低速下运行时长较高或频繁启动的电机出现故障的概率增大；

3）电机导条裂纹故障后，触发动力车逆变输出过流或振动异常，隔离故障轴位，不会影响行车安全。

6 优化方案

综合上述分析，针对YJ277B电机转子导条断裂原因，可对该电机转子制定以下改进措施：

经验证，优化方案浸漆前后导条固有频率明显提高，未出现导条固有频率偏低情况，优化方案导条固有频率可以有效避开共振频率点。

7 结语

针对在段运用动力车，结合动力车高级修程，建议采取如下方案执行：

1）转子导条进行渗透探伤，发现裂纹的报废处理；

2）转子真空压力浸漆提升转子固有频率；

3）优化护环结构进一步提升转子鼠笼端部的结构安全性；

4）转子导条固有频率纳入关键控制项点。

参考文献

[1]《时速160公里动力集中动车组动力车检修技术规程》

[3] 鲍维千.《机车总体及转向架》[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.