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【摘要】 本文分析了DF4内燃机车牵引电机在运用、检修过程中常见的故障，针对牵引电动机故障的各种因素提出相应的对策和建议。
【关键词】 内燃机车；牵引电机；故障；对策
【中图号】U262【文献标示码】 A 【文章编号】 1005-1074(2008)12-0167-02
1 概述
牵引电动机作为DF4型内燃机车主要电气设备之一，其质量的好坏对机车整体质量起着至关重要的影响。虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高；但由于受机车长交路、大提速恶劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力。本文对造成牵引电机的主要惯性故障原因进行深入分析，提出在检修运用中相应的解决对策，希望能对牵引电机运用的可靠性和安全性起到积极作用见表1。
2 惯性故障原因分析
牵引电机故障主要表现在以下几方面：接地故障、连线，引出线断裂和烧损、轴承故障、电机环火、电机轴断以及小齿轮弛缓。表1统计了我段2008年前三季度DF4内燃机车牵引电机发生故障，以下就这些故障进行分析。
2.1 主、附极线圈接地，烧损开路 从我段牵引电机接地故障解体情况看，接地部位主要集中在主、附极铁芯与线圈之间的圆弧弯角处，安装磁极的极靴与主、附极线圈之间，主、附极线圈与非磁性垫片接触处。其主要原因为。①因为振动造成的接地故障。由于牵引电机在运行过程中长期受高低频振动冲击，特别是货比DF4机车，牵引齿轮传动比设计不当，齿轮间存在较高频率的周期性啮合振动，加剧了电机运行时的动负荷。致使电机的主极或换向极松动，使对地绝缘遭到破坏，造成接地。②电机连线绝缘的老化、破损造成瞬间碰机体接地。电机工作时，电流在导体内通过，电场、磁场相互作用产生了铜耗和铁耗，使绝缘材料逐步升温。由于机车运行中常发生通风罩破损、卡子脱落、通风口错位等故障，使电机不能得到有效冷却；温度常超过绝缘材料的耐热等级，加剧电机绝缘局部老化。③由于齿轮箱甩油或通过通风道漏进牵引电机内的油污灰尘引起接地故障；电机内进异物时也会造成接地，严重时甚至打破电枢绕组绝缘，使带电体与铁心短路。
2.2 连线、引出线断裂和烧损 目前内燃机车牵引电机使用的是直流电机，具有C1、C2、S1、H2四根引出线，采用的是中间软扁线两头焊接在铜板上的硬一软一硬结构的软连线。此类故障部位多发生圆弧弯角处、螺栓连接处。其主要原因归纳如下。①电机硬连线，主极或换向极绕组连线或引出线疲劳断裂。螺栓拧紧后，在线上产生较大的附加应力，疲劳强度下降；在振动和冲击的作用下，磁极连线在应力集中部位产生疲劳裂纹，最终断裂烧损。②连线、引出线接头接触不良造成。如电机连线紧固不牢，造成连线、引出线接头接触不良时，水份、油污、潮汽侵入后极易产生氧化腐蚀，使接触处电阻值进一步增大，最终使连接处发热烧损。
2.3 轴承故障 牵引电机轴承属于滚动轴承，滚动轴承在旋转时并非纯滚动，而是在滚动的同时存在着多种滑动，轴承在旋转中因滑动而产生滑动摩擦阻力。造成牵引电机轴承故障主要包括：表面拉伤、疲劳剥离、锈蚀、破裂、保持架松动崩裂、轴承缺油烧损等。根据我段近两年统计表明，轴承内圈松、裂的故障最为突出，占牵引电机轴承故障40%以上。具体分析如下。①轴承自身材质缺陷问题。主要包括：制造厂家质量问题造成的轴承游隙过大，外观各种质量缺陷；加热安装温度选择不当；轴承内圆与轴、轴承外圈与孔座过盈量选择不当。②轴承装配不当。由于牵引电机功率大，载荷变化范围宽，工作时又受到外界环境影响，加上来自钢轨的强大冲击载荷，滚动轴承易烧损，因此必须要提高轴承的装配精度。③日常保养不当。轴承缺油、不干净油脂注人轴承、齿轮脂窜入电机轴承造成油脂稀，都会引起轴承油润不良，加剧轴承发热烧损。此外还有因检修作业烧焊曾有过电蚀现象造成轴承烧损。
2.4 电机环火 内燃机车牵引电机环火（俗称“放炮”）故障的发生是内燃机车运用中发生的顽症之一，由于牵引电机换向器云母槽聚有碳粉、铜粉等导电尘埃，使片间形成导电桥。当电机受到冲击或短路，片间电压显著增加，就会使片间空气击穿，电离产生所谓的电位差火花。引起电机环火的原因概括如下。①电机内进异物划伤换向器表面，电机内部进油、粉尘、水等杂质，使换向恶化，引起电机环火。②电枢轴向窜动量超限，大小齿轮啮合故障造成电机的剧烈振动，都会形成严重的机械火花，使电刷火花升级导致环火。③刷架中性位不良，上排碳刷压指弹簧断拉伤换向器表面，刷架联线断裂开路，碳刷质量问题造成的脱辫、烧损等等，都会使牵引电机换向条件恶化引起环火；对长交路机车，碳刷很容易磨耗到限，使连接碳刷上的铜辫刮伤换向器造成片间短路，引起电机环火。④短时的过流或空转，乘务员“带电换向”操作引起牵引电机环火，也是一个不容忽视的问题。⑤电机换向器氧化膜不良，更换新碳刷时碳刷与换向器表面接触不良，电刷硬度大，刮坏氧化膜；电刷在刷盒中松动或卡死，弹簧压力不够，使用电刷牌号不一致，这些情况都会造成电机环火。
2.5 电枢接地、匝间短路烧损 ①输出轴线鼻处由于油垢多，造成绝缘层绝缘降低，引起电枢接地；电枢绕组无纬带散架，破坏绝缘层，导致电枢绕组接地。②换向器表面凸台超限，换向片凸出或云母片凸出，均会导致匝间短路烧损。③3o面上积累污垢较多，造成匝间短路故障；换向器片间起毛刺，云母槽间导电物的存在，也会致使匝间短路烧损。
3 对策
要让职工在检修作业中认真贯彻“质量第一、修养并重、预防为主”的方针；班组要严格执行“四按三化记名修”的作业程序；将标准化作业和严格的检修工艺相结合，这是保障牵引电机检修运用质量稳定的前提。
3.1 接地故障的对策 ①检修作业时提高电机零部件装配质量，对于均衡块丢失、松动，空转振动大，或经重新浸漆，绑扎无纬带的转子须做动平衡试验，牵引电机转子不平衡度不大于344g/cm。②加强对电机连线的绝缘检查，转子各部绝缘不许破损，烧伤和老化。③检修整备作业时须认真检查电机内是否有油污或异物，发现需进行及时的清洁处理。④加强对磁极安装螺栓的检查用绝缘棒检查磁极的安装牢固性。
3.2 连线、引出线断裂和烧损对策 ①采用质量性能较好的连线，并在接头处包扎绝缘胶带。②连线接头安装处螺栓须紧固好。③连线中间过渡部位，卡码须安装牢固并作绝缘层保护。④引出线穿孔处须固定好，安装螺栓紧固。
3.3 轴承故障对策 ①选用合格厂家的优质轴承产品。②按工艺要求严格组装轴承，进行空转试验时，轴承温升不许超过40℃，振动加速度不应大于1.2g。③加强日常保养维护，轴承清洗应采用能在轴承表面留下油膜的清洗剂，轴承用油必须保证所用油脂牌号正确，且有良好的润滑功能；轴承注油量需按相关规定严格执行；严禁机车检修以钢轨为地进行烧焊，以避免轴承电蚀。
3.4 电机环火对策 ①严格检查电机内部有无异物刮伤痕迹，转子表面应清扫干净，绕组端部、槽口、前后支架和通风孔内不许积存油垢和碳灰。电机内各部件应安装牢固，不许有裂纹、损伤、变形及松动。②选择优质合格同一牌号的碳刷和刷握，作到安装调整到位，保证电刷与换向器的接触面积不少于电刷截面积的75%，同一台电机各电刷压力差不大于20%，刷盒与换向器距离符合要求，且平行度和倾斜度≯1mm，并处于中性位上，严禁电机过流或带电换向操作运行。③在检修完毕后确保电机观察孔盖好，电机通风系统作用良好，每次检修都要及时清扫干净机车冷却室地板上的油水，防止落入牵引电机内。④严格检查碳刷磨耗量，刷架、刷握状态，必须安装牢固。
3.5 电枢接地、匝间短路烧损对策 ①换向器表面不许有凸片及严重烧损和拉伤，滑环及换向器磨耗深度，云母槽下刻深度不得超限。提高换向器表面加工工艺，能较好的形成氧化膜。每次落修电机均须作电枢匝间耐压试验。牵引电机齿轮啮合必须良好。②加强对电机3o面的清洁保养，尤其是3o面与换向器表面的过渡部位，必须清洁无污垢。③机车中修时要检查无纬带的绑紧程度，电枢绕组上的绝缘漆要刷好，电机清洗的清洁度要好并烘干，加强电枢绕组支架的检查，不允许有裂纹。对其他故障如电机轴断，则应注意保证严格按工艺组装，电机轴应探伤检查，不许有裂纹，对不符合要求的电机轴坚决不许装车使用；对于小齿轮弛缓的故障则要严格按工艺组装，确保装配过盈量在限度范围内。
4 结束语
以上是长期以来我们在检修工作中经验教训的总结，通过上述对策有效减少了内燃机车运用中牵引电机故障的发生，保证了运输生产的需要，对内燃机车牵引电机检修作业的可靠性有一定借鉴意义。
5 参考文献
[1] 刘达德.东风4B型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.
[2] 汤蕴缪，史乃，张展.电机学[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3] 王定国，周全光.机械原理与机械零件[M].上海：高等教育出版社，1994.
[4] 朱志英，观 武.内燃机车检修[M].北京：中国铁道出版社,1991.
[5] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2001.
【关键词】 内燃机车；牵引电机；故障；对策
【中图号】U262【文献标示码】 A 【文章编号】 1005-1074(2008)12-0167-02
1 概述
牵引电动机作为DF4型内燃机车主要电气设备之一，其质量的好坏对机车整体质量起着至关重要的影响。虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高；但由于受机车长交路、大提速恶劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力。本文对造成牵引电机的主要惯性故障原因进行深入分析，提出在检修运用中相应的解决对策，希望能对牵引电机运用的可靠性和安全性起到积极作用见表1。
2 惯性故障原因分析
牵引电机故障主要表现在以下几方面：接地故障、连线，引出线断裂和烧损、轴承故障、电机环火、电机轴断以及小齿轮弛缓。表1统计了我段2008年前三季度DF4内燃机车牵引电机发生故障，以下就这些故障进行分析。
2.1 主、附极线圈接地，烧损开路 从我段牵引电机接地故障解体情况看，接地部位主要集中在主、附极铁芯与线圈之间的圆弧弯角处，安装磁极的极靴与主、附极线圈之间，主、附极线圈与非磁性垫片接触处。其主要原因为。①因为振动造成的接地故障。由于牵引电机在运行过程中长期受高低频振动冲击，特别是货比DF4机车，牵引齿轮传动比设计不当，齿轮间存在较高频率的周期性啮合振动，加剧了电机运行时的动负荷。致使电机的主极或换向极松动，使对地绝缘遭到破坏，造成接地。②电机连线绝缘的老化、破损造成瞬间碰机体接地。电机工作时，电流在导体内通过，电场、磁场相互作用产生了铜耗和铁耗，使绝缘材料逐步升温。由于机车运行中常发生通风罩破损、卡子脱落、通风口错位等故障，使电机不能得到有效冷却；温度常超过绝缘材料的耐热等级，加剧电机绝缘局部老化。③由于齿轮箱甩油或通过通风道漏进牵引电机内的油污灰尘引起接地故障；电机内进异物时也会造成接地，严重时甚至打破电枢绕组绝缘，使带电体与铁心短路。
2.2 连线、引出线断裂和烧损 目前内燃机车牵引电机使用的是直流电机，具有C1、C2、S1、H2四根引出线，采用的是中间软扁线两头焊接在铜板上的硬一软一硬结构的软连线。此类故障部位多发生圆弧弯角处、螺栓连接处。其主要原因归纳如下。①电机硬连线，主极或换向极绕组连线或引出线疲劳断裂。螺栓拧紧后，在线上产生较大的附加应力，疲劳强度下降；在振动和冲击的作用下，磁极连线在应力集中部位产生疲劳裂纹，最终断裂烧损。②连线、引出线接头接触不良造成。如电机连线紧固不牢，造成连线、引出线接头接触不良时，水份、油污、潮汽侵入后极易产生氧化腐蚀，使接触处电阻值进一步增大，最终使连接处发热烧损。
2.3 轴承故障 牵引电机轴承属于滚动轴承，滚动轴承在旋转时并非纯滚动，而是在滚动的同时存在着多种滑动，轴承在旋转中因滑动而产生滑动摩擦阻力。造成牵引电机轴承故障主要包括：表面拉伤、疲劳剥离、锈蚀、破裂、保持架松动崩裂、轴承缺油烧损等。根据我段近两年统计表明，轴承内圈松、裂的故障最为突出，占牵引电机轴承故障40%以上。具体分析如下。①轴承自身材质缺陷问题。主要包括：制造厂家质量问题造成的轴承游隙过大，外观各种质量缺陷；加热安装温度选择不当；轴承内圆与轴、轴承外圈与孔座过盈量选择不当。②轴承装配不当。由于牵引电机功率大，载荷变化范围宽，工作时又受到外界环境影响，加上来自钢轨的强大冲击载荷，滚动轴承易烧损，因此必须要提高轴承的装配精度。③日常保养不当。轴承缺油、不干净油脂注人轴承、齿轮脂窜入电机轴承造成油脂稀，都会引起轴承油润不良，加剧轴承发热烧损。此外还有因检修作业烧焊曾有过电蚀现象造成轴承烧损。
2.4 电机环火 内燃机车牵引电机环火（俗称“放炮”）故障的发生是内燃机车运用中发生的顽症之一，由于牵引电机换向器云母槽聚有碳粉、铜粉等导电尘埃，使片间形成导电桥。当电机受到冲击或短路，片间电压显著增加，就会使片间空气击穿，电离产生所谓的电位差火花。引起电机环火的原因概括如下。①电机内进异物划伤换向器表面，电机内部进油、粉尘、水等杂质，使换向恶化，引起电机环火。②电枢轴向窜动量超限，大小齿轮啮合故障造成电机的剧烈振动，都会形成严重的机械火花，使电刷火花升级导致环火。③刷架中性位不良，上排碳刷压指弹簧断拉伤换向器表面，刷架联线断裂开路，碳刷质量问题造成的脱辫、烧损等等，都会使牵引电机换向条件恶化引起环火；对长交路机车，碳刷很容易磨耗到限，使连接碳刷上的铜辫刮伤换向器造成片间短路，引起电机环火。④短时的过流或空转，乘务员“带电换向”操作引起牵引电机环火，也是一个不容忽视的问题。⑤电机换向器氧化膜不良，更换新碳刷时碳刷与换向器表面接触不良，电刷硬度大，刮坏氧化膜；电刷在刷盒中松动或卡死，弹簧压力不够，使用电刷牌号不一致，这些情况都会造成电机环火。
2.5 电枢接地、匝间短路烧损 ①输出轴线鼻处由于油垢多，造成绝缘层绝缘降低，引起电枢接地；电枢绕组无纬带散架，破坏绝缘层，导致电枢绕组接地。②换向器表面凸台超限，换向片凸出或云母片凸出，均会导致匝间短路烧损。③3o面上积累污垢较多，造成匝间短路故障；换向器片间起毛刺，云母槽间导电物的存在，也会致使匝间短路烧损。
3 对策
要让职工在检修作业中认真贯彻“质量第一、修养并重、预防为主”的方针；班组要严格执行“四按三化记名修”的作业程序；将标准化作业和严格的检修工艺相结合，这是保障牵引电机检修运用质量稳定的前提。
3.1 接地故障的对策 ①检修作业时提高电机零部件装配质量，对于均衡块丢失、松动，空转振动大，或经重新浸漆，绑扎无纬带的转子须做动平衡试验，牵引电机转子不平衡度不大于344g/cm。②加强对电机连线的绝缘检查，转子各部绝缘不许破损，烧伤和老化。③检修整备作业时须认真检查电机内是否有油污或异物，发现需进行及时的清洁处理。④加强对磁极安装螺栓的检查用绝缘棒检查磁极的安装牢固性。
3.2 连线、引出线断裂和烧损对策 ①采用质量性能较好的连线，并在接头处包扎绝缘胶带。②连线接头安装处螺栓须紧固好。③连线中间过渡部位，卡码须安装牢固并作绝缘层保护。④引出线穿孔处须固定好，安装螺栓紧固。
3.3 轴承故障对策 ①选用合格厂家的优质轴承产品。②按工艺要求严格组装轴承，进行空转试验时，轴承温升不许超过40℃，振动加速度不应大于1.2g。③加强日常保养维护，轴承清洗应采用能在轴承表面留下油膜的清洗剂，轴承用油必须保证所用油脂牌号正确，且有良好的润滑功能；轴承注油量需按相关规定严格执行；严禁机车检修以钢轨为地进行烧焊，以避免轴承电蚀。
3.4 电机环火对策 ①严格检查电机内部有无异物刮伤痕迹，转子表面应清扫干净，绕组端部、槽口、前后支架和通风孔内不许积存油垢和碳灰。电机内各部件应安装牢固，不许有裂纹、损伤、变形及松动。②选择优质合格同一牌号的碳刷和刷握，作到安装调整到位，保证电刷与换向器的接触面积不少于电刷截面积的75%，同一台电机各电刷压力差不大于20%，刷盒与换向器距离符合要求，且平行度和倾斜度≯1mm，并处于中性位上，严禁电机过流或带电换向操作运行。③在检修完毕后确保电机观察孔盖好，电机通风系统作用良好，每次检修都要及时清扫干净机车冷却室地板上的油水，防止落入牵引电机内。④严格检查碳刷磨耗量，刷架、刷握状态，必须安装牢固。
3.5 电枢接地、匝间短路烧损对策 ①换向器表面不许有凸片及严重烧损和拉伤，滑环及换向器磨耗深度，云母槽下刻深度不得超限。提高换向器表面加工工艺，能较好的形成氧化膜。每次落修电机均须作电枢匝间耐压试验。牵引电机齿轮啮合必须良好。②加强对电机3o面的清洁保养，尤其是3o面与换向器表面的过渡部位，必须清洁无污垢。③机车中修时要检查无纬带的绑紧程度，电枢绕组上的绝缘漆要刷好，电机清洗的清洁度要好并烘干，加强电枢绕组支架的检查，不允许有裂纹。对其他故障如电机轴断，则应注意保证严格按工艺组装，电机轴应探伤检查，不许有裂纹，对不符合要求的电机轴坚决不许装车使用；对于小齿轮弛缓的故障则要严格按工艺组装，确保装配过盈量在限度范围内。
4 结束语
以上是长期以来我们在检修工作中经验教训的总结，通过上述对策有效减少了内燃机车运用中牵引电机故障的发生，保证了运输生产的需要，对内燃机车牵引电机检修作业的可靠性有一定借鉴意义。
5 参考文献
[1] 刘达德.东风4B型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.
[2] 汤蕴缪，史乃，张展.电机学[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3] 王定国，周全光.机械原理与机械零件[M].上海：高等教育出版社，1994.
[4] 朱志英，观 武.内燃机车检修[M].北京：中国铁道出版社,1991.
[5] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2001.