1 綜述
直流電機與交流電機相比，具有故障率相當高的特點，運用保養(yǎng)質量的高低可以直接決定直流電機的使用壽命。總結直流電機在運用中出現的故障情況，采取正確的運用保養(yǎng)措施是減少和防止直流電機故障的有效途徑。現以淄博機務段(以下簡稱淄博段)ZQDR-410型牽引電動機的故障情況為例，來分析該型牽引電動機的故障機理及在運用保養(yǎng)中應采取的措施。
淄博機務段牽引電動機故障率統(tǒng)計表落修原因1991、1992年1993年1994年1995年1996年1997年合計比例/%電機環(huán)火5422542217.5主極接地3414341915.1換向極接地3343421915.1電樞接地00223186.3整流子拉傷3342321713.5斷線2284132015.9漏油甩油010522107.9軸承固死302321118.7合計191723252319126100
DF4型內燃機車的6臺牽引電動機均安裝在機車底部，不但啟動停車頻繁，運行中振動大而且安裝空間狹小，又要承受風沙、雨、雪及灰塵的侵襲，使用條件非常惡劣，因而極易發(fā)生故障。綜合表1分析可知，該電機的主要故障為：
(1)電機環(huán)火；
(2)絕緣破損(主、附極、電樞接地)；
(3)軸承固死；
(4)繞組間或引出線、刷架聯(lián)線的斷裂等。
現從4個方面具體分析DF4型內燃機車牽引電動機的故障情況。
2 牽引電動機環(huán)火故障原因及措施
(1)從電機本身的結構性能看，環(huán)火的原因分兩類：一類是電刷原始火花在較高的電位特性下會發(fā)展成環(huán)火；另一類是當最大片間電壓瞬間大大超過允許值時，電位火花會發(fā)展為環(huán)火。
先分析第一種原因：由表2戚墅堰機車車輛廠1989年4月～1990年3月間廠修電機的試驗數據［3］：
廠修電機火花試驗數據項目火花1級1+1/4級1+1/2級火花超限環(huán)火故障合計臺數98319244101040比例/%94.51.822.300.380.96100
可以看出大修出廠的部分電機本身換向就不是很好，這樣機車投入運用之后，由于運用條件惡劣，很容易出現換向器發(fā)黑，碳刷接觸不良，過熱灼燒刷握使之變形等現象，從而加重換向火花，最終造成環(huán)火。因此運用中應及時檢查電機，發(fā)現碳刷不良燒損，或刷握不良時應及時更換整修。這就要求乘務員在機車進庫整備時認真檢查，定期抽檢碳刷、刷盒，將“事故苗子”消滅在萌芽狀態(tài)。
再分析第二個原因：電機在運用中出現瞬時過電壓也是觸發(fā)環(huán)火的起因，這又有兩種情況：
1)輪對空轉造成瞬時過電壓。在淄博段所擔當的區(qū)段中，象膠濟線上從周村到王村等都是長大坡道，在這些區(qū)段上途�；蜻M站停車再啟動時，啟動后電流都在4000A左右，并且長時間低速大電流運行，很容易造成電機空轉、電機環(huán)火放炮的幾率也多。在運用中乘務員應正確操縱，提前撒沙，防止空轉，盡可能減少產生此類故障。
2)操作過電壓�，F在由于機車檢修質量已大大提高，機車功率、過渡裝置均采用自動調節(jié)，過渡較平緩，此類故障已很少發(fā)生。在淄博段為了防止發(fā)生電機環(huán)火故障，針對造成電機環(huán)火的原因，制定了如下多種措施：在小、輔修作業(yè)過程中，嚴把質量關，過渡裝置在試驗臺上試驗后嚴格按工藝要求校定數值，使機車過渡時電流電壓在最理想的數據狀態(tài)下；在碎修、臨修中過渡箱故障時及時組織檢修，盡量使乘務員減少使用手動過渡的機會。
(2)除了以上分析的電機本身存在的問題外，外界因素也有很大影響。
一方面，機車長時間運用后，電機換向器的保養(yǎng)好壞，將直接影響電機的質量。
1)整流子拉傷也能引起電機環(huán)火。整流子拉傷以后表面粗糙度達不到技術要求，不僅會使碳刷和換向器異常磨損，還會因接觸不良形成火花，造成環(huán)火。自1991年至1997年，在淄博段共有17臺電機整流子拉傷，占總故障電機臺數的13.5%。經檢查發(fā)現這些電機多數是由于壓指彈簧斷裂后掉入刷盒內整流子的上面，電機旋轉后而拉傷整流子的。因此，根據鐵道部原機務局“七項專業(yè)會議文件”匯編的精神，將原有電機自1994年起進行了加裝改造，即在電機頂部刷盒的壓指彈簧下面加裝一托盒，這樣，即使壓指彈簧斷裂，也會被托盒接住而不至于掉入換向器上部而拉傷整流子。
淄博機務段在對電機加裝改造以后，大大減少了整流子的拉傷。從經濟效益上看，每個托盒的材料費及加工安裝費總共也不過幾元錢，而每臺電機整流子拉傷后僅旋整流子的加工費就兩千多元，且電機落修，機車扣修費用更大。據不完全統(tǒng)計，自加裝改造后至1996年8月至少防止拉傷整流子62次(有62次壓指彈簧斷而未拉傷整流子)，由此為機務段節(jié)省大修費用達十幾萬元。
2)牽引電動機進油也能造成電機環(huán)火。電機進油后，整流子表面的油污會使碳刷接觸不良，從而造成環(huán)火。從幾年來淄博段共發(fā)生的32起電機進油故障看，大多是由電機通風道進入的。我們知道牽引電動機的通風采用強迫外通風，風道進風口設在車上電氣室和冷卻室內。在電氣室，由于啟動變速箱經常出現滲漏油現象，滲出的油不及時清除，就可能順底板滲到第1、2、3電機通風道內而進入電機，其中DF4C型4151、4139兩臺機車在運用不足一個月時就因為啟動變速箱漏油而導致電機進油。另外，淄博機務段自1991年至1994年底共有18臺機車后轉向架的電機進油，原因多是由于靜液壓系統(tǒng)管路漏油被通風機吸入電機內造成的，另外少數是由于乘務員將油桶放在冷卻間通風道進風口附近，不小心歪倒，流出的油被吸入電機內造成的。針對以上兩方面的原因，采取了如下措施：
措施1：針對靜液壓系統(tǒng)和啟動齒輪箱漏油易進入牽引電動機的情況，在小、輔修和臨修時發(fā)現有漏油部位，都進行重點整修，及時找出原因，消滅跑冒滴漏。
措施2：運轉車間針對曾經因乘務員在冷卻間放置油桶而導致電機進油，一方面下達書面通知，另一方面由各隊隊長在乘務員每天的學習會上傳達“嚴禁在冷卻間存放油桶，并要經常保持通風網及附近清潔”。采取措施后，淄博段電機進油的故障大大減少了，至今再未發(fā)生一件因為牽引電動機進油而造成電機環(huán)火的故障。
另一方面，電刷也是電機的關鍵部件，電刷不良、裂碎或固死，也易造成電機環(huán)火。電機對碳刷的要求是：
有良好的換向性能和機械性能；
有足夠的機械強度和耐磨性；
有良好的成膜性能；
對換向器的磨損要小等。
從現用的國產電刷來看，主要有如下缺陷：電刷耐磨性差、壽命短、換向性能差或者磨損換向器，使之產生銅毛刺。據有關資料介紹，國外牽引電動機電刷壽命一般為15～20萬km，最好的達20～30萬km，而國產牽引電動機用的D374型電刷壽命為5～6萬km，最好的也不過7～10萬km［6］。這不僅給檢修帶來了大量工作，而且在材料上也造成了巨大的浪費(一塊新造的D374型電刷總長度為60mm，其磨損的最低限度為35mm，帶有銅辮的廢舊電刷的價值幾乎高于其原價值的二分之一)，因此有必要研制和推廣使用新型耐磨高質量電刷。
在1995年，自DF4C型機車上線之后，曾一度出現過多臺機車整流子異常磨損，電機云母槽內積碳多的情況，在更換了電刷并徹底清理了云母槽運用一段時間之后逐漸好轉，這說明其原因還是由于碳刷不良引起的。因新造機車電機原裝碳刷與淄博段使用的電刷并非同一廠家生產的，其硬度也就不同，因此，在同一臺電機上使用就造成了電機換向器的異常磨損。
3 牽引電動機的絕緣擊穿接地——主、附極、電樞接地
從1991年到1997年淄博機務段因電機接地共計落修46臺，占總故障臺數的36.5%。因此，要降低電機故障率，必須減少電機接地故障。
(1)環(huán)火燒損電機
由于電機環(huán)火造成電機主極、附極或電樞接地。對于環(huán)火產生的原因及應采取的措施，前已敘述這里不再贅述。
(2)電機絕緣老化，擊穿絕緣而接地
由于牽引電動機的工作條件十分惡劣，時刻受到熱的、機械的、環(huán)境的和電的各種應力的直接作用，因而引起絕緣結構老化。在運用中就會因高電壓擊穿絕緣而接地。產生老化的原因可分為以下3種：
1)熱老化。引起牽引電動機絕緣熱老化的因素較多，如通風帆布道破損或堵塞，通風機不良等造成進風量不足；電機內部過臟，繞組散熱性不良；磁極鐵芯因制造工藝問題不能與機體座完全密貼；長時間滿負荷運行或超負荷運行。
這些因素均會使繞組溫升增加，引起絕緣材料熱老化及繞組產生輕微熱變形，其結果是在絕緣結構中產生脆裂。
2)機械老化
由于牽引電動機采用軸懸式結構，機車運行時鋼軌與輪對、輪對與牽引電動機傳動齒輪之間及牽引電動機本身工作時，產生的各種機械振動和電機內部的電磁力均會作用于電樞及磁極上，而引起電機的振動，導致絕緣結構產生磨損、龜裂。
3)環(huán)境老化。共有3方面主要因素：
粉塵污染。由于電動機采用強迫外通風，通風口未設濾網，因此，塵埃不可避免地被帶入電機內部，再加上電機工作時產生的碳粉銅粉等導電物質也會遺留在電機內部，這些附著在電機內的混合物具有吸潮作用，會引起絕緣電阻的進一步降低；
油類污染。由于冷卻間靜液壓系統(tǒng)及油水管路滴漏的油水被通風機吸入通風道，進入電機內部造成電機絕緣老化。
電壓老化。機車運行時，在正常電壓的情況下，如果牽引電動機絕緣層因磨損在絕緣層內產生空氣氣隙，則會產生少量電子，當電壓達到一定程度時，這些電子與原子互相碰撞使絕緣帶中的電子增多，長期發(fā)展的結果，電子進一步增多，并產生間隙放電侵襲絕緣層，使絕緣層變薄，最終導致絕緣擊穿。
針對上述引起電機絕緣老化的原因采取如下措施：在小、輔修作業(yè)中認真檢查電機通風通道、帆布，使之清潔暢通，及時清洗、吹掃電機內部，使之清潔無油水污物；嚴格執(zhí)行檢修工藝，對絕緣阻值低的電機，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的擴大。
4 牽引電動機軸承故障
軸承是牽引電動機的重要部件，一旦發(fā)生故障，不僅會造成電機抱死，使機車途停，造成機破，給運輸生產帶來嚴重損失；而且會造成電機掃膛，轉子軸拉傷，電樞拉傷，使整臺電機大修，損失達幾萬元以上。因此減少和防止牽引電動機軸承故障意義重大，現從以下幾個方面分析并采取措施。
(1)在機車保養(yǎng)方面：對于進段修的機車，由機車給油指導負責，監(jiān)督乘務員認真執(zhí)行段規(guī)，特別是注意電機軸承的加油量，即不能多加，更不能少加，使軸承在一個段修期內保證具有良好的油潤，不致因軸承缺油而燒損軸承。
(2)凡是落修的電機均檢查軸承油潤，更換油脂。凡是解體修的電機，均打開電機兩端軸承蓋檢查軸承狀態(tài)，發(fā)現不良立即更換。
(3)在材料方面嚴把進貨渠道，保證用鐵道部定點廠家生產的軸承，且新軸承在裝車前都認真檢查測量，做好記錄。
(4)由于軸承故障一般是因為軸承滾柱碎裂，或者內外圈滾道有剝離、點蝕、劃傷、凹痕，也有的是保持架斷裂造成的，而這些故障在未造成軸承固死之前可以用專用的軸承檢測儀查出，因此，建議在機車運用中采取用軸承檢測儀定期檢查電機軸承狀態(tài)的方法，一旦發(fā)現不良軸承，則落修電機，做到早發(fā)現早處理。
5 電機內部斷線故障
由于牽引電動機長期工作在不停地劇烈振動的條件下，因此，電機內刷架聯(lián)線，主極、主、附極聯(lián)線及各引出線斷裂的故障時有發(fā)生。在運行中如果主極聯(lián)線斷或C1、C2引出線斷，造成電機主極開路，會出現在全磁場運行時該電機無電流，而在進入一、二級磁場削弱后，該電機電流會立即增至1000A以上，其對應的磁場削弱電阻RX1、RX2會產生高溫，急劇發(fā)紅，若乘務員不能及時發(fā)現，得不到及時處理，短時間內便會造成電氣火災。在1991年上海鐵路局統(tǒng)計的電氣柜火災事故發(fā)生原因的數據中，有近三分之一是由于牽引電動機主極開路造成的，且每次損失都超過30萬元。我們?yōu)榉乐购蜏p少此類故障采取了如下措施：
(1)對乘務員加強業(yè)務學習，熟知電機主極斷線的重大危害性，掌握應急處理技術，在運行中副司機應按規(guī)定認真檢查各儀表，及早發(fā)現，及時甩掉故障電機。自1991年至今淄博段共有12臺電機主極斷線，但由于乘務員能早發(fā)現，早處理，沒有發(fā)生一次因磁場削弱電阻過熱而引發(fā)的火災事故。
(2)根據牽引電動機的技改要求，凡段修或入廠修的電機均按要求將C2聯(lián)線改為軟線。
(3)在電氣柜兩邊磁場削弱電阻的內側分別加裝300mm×250mm的石棉隔熱板，即使電阻過熱也不會引起電氣柜火災。
(4)建議廠方對牽引電動機并聯(lián)各支路分別加裝過流保護裝置，或將電機主極開路故障設法顯示給乘務員。
