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[摘 要]根据对电机车牵引电动机故障的统计，分析了故障部位发生故障的原因，并提出了使用前检查、使用中正确操作、定期维护修理等防治故障的措施。
[关键词]牵引电动机 故障原因 防治措施
中图分类号：TM574.5 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）25―0354―01
直流电动机与交流电动机相比，具有良好的启动性能；在宽广范围内平滑而经济地调速的性能；在电磁制动方面，投入附加设备少，容易实现。所以直流电动机广泛使用在煤矿井上、下运输的架线式和蓄电池式电机车上。但是，它比交流电动机结构复杂，运行中维修比较麻烦。只有对直流电机车的故障原因正确地分析判断，才能采取相应的方法、措施，预防和处理故障。
对2007-2011年直流电动机共75台在试验及矿山使用中的故障情况进行统计，见表。
对表中发生故障部位进行分析，从中找出直流电动机在电机出厂试验及矿山使用中常发生的故障及其原因。
表1 牵引电动机2007—2011年故障次数统计表
年份 2007 2008 2009 2010 2011 合计 比例/%
换向器 4 5 3 3 4 19 25
主磁极 5 2 4 4 3 18 24
电刷 3 6 2 2 1 14 19
电枢 1 4 3 1 2 11 15
轴承原因 2 0 3 3 1 9 12
其他 0 1 0 2 1 4 5
合计 15 18 15 12 12 75 100
1.故障部位及原因分析
1.1 换向器故障
从表中可看出换向器故障比例最大，这说明直流电动机换向方面的故障突出。在牵引电动机使用中，解决换向器故障仍是一个不容忽视的问题。
从直流电动机的工作特性可知，直流电动机在运行中，换向是一个较复杂的物理、化学等多方面问题的综合表现。所以换向器故障是直流电动机常见的一种故障。换向器常会出现灼伤痕迹，分为两种情况：一种是从换向器灼伤表面看不太严重，用纱布沾酒精可以擦除，不留明显痕迹；另外一种是灼伤较严重，用沾酒精的纱布擦拭后，留有灼伤痕迹。
造成换向器灼伤的主要原因是：在换向时有火花产生，甚至产生环火所致。换向器产生火花的原因主要有机械原因和电磁原因两类。
（1）换向器火花产生的机械原因：换向器表面不清洁，主要有灰尘、电刷磨损粉末；换向器表面变形，主要有换向片突出、换向片间云母绝缘突出、换向器表面磨损；换向极的气隙不均匀；转子平衡不好，出现电刷在换向器上跳动。
（2）换向器火花产生的电磁原因：延迟换向，使后刷边的电流密度增大，当后刷边离开换向片的瞬间，换向元件中还储存一部分磁场能量要放出来，因而后刷边可能出现火花。超越换向，使前刷边的电流密度增大，而前刷边刚接触换向片，接触面积较小，可能因接触面上出现很高的电压降和很大的热量而在前刷边下出现火花。
延迟换向还可能发生更严重的故障，即产生环火。在电动机牵引过程中，受电弓出现突然离开架线或突然接触架线，使直流电动机受到冲击负载的作用，这时电机电枢电流急剧增加，换向元件的电抗电势增大，远大于换向电势，造成过分延迟换向，使后刷边出现强烈的火花和电弧。由于电枢的旋转和电动力的作用，火花和电弧将被拉长，使电弧向外扩张。另一方面，电流的急剧增加，换向片间电压明显增加，从而发生电位差火花。后刷边的火花和电位差火花汇合在一起，最后可能成为跨越正负极之间的电弧，使整个换向器被一圈火花所包围。环火不仅能把换向器和电刷烧坏，而且会使电枢绕组受到损坏。
1.2 电刷故障
直流电动机电刷的故障比较常见，主要原因有：电刷压力大小不当，主要是弹簧压力所致，电刷压力一般为l4.7 kPa～24.5kPa；电刷在刷握内太松而发生跳动；电刷在刷握内太紧而被卡死；电刷磨损过短。造成与换向器接触不良；各电刷杆之间的距离不相等，以致有些电刷所短路的元件不在几何中心线上；电刷含铜比例高，降低了换向电阻，对换向造成影响；电刷没有研磨好，使电刷与换向器接触面小。这些原因都可能造成换向时火花的产生，损坏换向器和电刷。
1.3 主磁极和电枢绕组故障
主磁极、电枢绕组的故障有绕组短路、断路、接地等几种形式。牵引电动机故障统计表中列出的每年故障情况中，主磁极、电枢绕组的故障中，绕组接地故障比例最大。所以，着重分析造成绕组接地的原因。
1.3.1 工作环境
电机车牵引电动机的工作条件比较恶劣，常有潮气侵入电动机内，使主磁极绕组和电枢绕组绝缘受潮，绝缘阻值降低；由于电动机密封不是很严密，常有粉尘进人电动机内部，电刷与换向器摩擦产生的碳粉和可导电的铜粉也遗留在电动机内部，这些混合物具有吸潮的作用，会引起绝缘电阻值的进一步下降，最终导致绕组接地故障。
1.3.2 绕组绝缘空气隙
电机车在正常电压运行时，牵引电动机绕组绝缘在电磁力的作用下会发生磨损，长期磨损会使绝缘层内产生空气气隙，在空气隙内产生少量电子，当电压达到一定程度时，这些电子与原子相互碰撞使绝缘中带电的电子增多，增多到一定数量时，产生气隙放电侵袭绝缘层，使绝缘层逐渐变薄，最终导致绝缘击穿。
1.3.3 绝缘老化
电动机外部积尘较厚，内部粉尘较多，使绕组散热不良；经常过负载运行，使电动机长时间在温度较高的情况下工作。这些都会使电动机绝缘热老化，导致绝缘变脆，绝缘性能下降。由于安装牵引电动机采用吊挂式，电机车轮对过轨道接口、传动齿轮的间隙、电动机承受冲负载都会产生各种机械振动和电磁振动。这些振动和电动机内部的电磁力作用于电枢和磁极上而引起电动机振动，导致绝缘结构产生磨损，发生龟裂。
1.4 轴承故障
轴承是牵引电动机的重要部件，轴承故障是常见的故障。故障原因有：轴承本身存在着缺陷；轴承在装配时受到损伤；轴承缺润滑油；使用了不合格的润滑油或润滑油的牌号不对。
2.故障防治措施
在正常情况下使用，牵引电动机寿命是比较长的，对电动机正确使用和合理维护，能减少电动机的故障发生。针对牵引电动机故障统计表和上述的故障分析，应采取相应措施，避免故障的发生。
（1）使用前的检查。对新电机、较长时间未使用的电机，应做如下检查：检查电动机的绝缘电阻；绕组的直流电阻；用手盘动电动机转子看其转动是否灵活；检查电刷研磨情况，压力大小，与换向器的接触情况。
（2）电动机在使用中，机车司机应正确操作，避免过载运行，避免承受冲击负载，避免操作过电压。
（3）定期维护，清除电动机外部的积尘，改善电动机的散热条件；检查电动机的接线端子，保证接线不松动、不虚接；定期检查、清洗电动机的轴承，更换润滑油脂；定期检查绝缘电阻；定期清扫电刷与电动机换向器表面，检查电刷与换向器接触情况，电刷压力是否适当，电刷在刷握内是否松动或固死。
（4）检修要根据直流电动机的检修完好标准规定进行，修理工艺符合要求；更换元件要与原元件的型号一致.质量不低于原元件；换向器表面有一层氧化膜，修理时把换向器用酒精擦干净；电刷应充分研磨，电刷安装时注意在刷握内的松紧度和压力适当度；电刷安装后要与换向器进行研磨；轴承应热装，并注适量的合格润滑脂；电动机修理完毕，应盘动转子，转动应灵活，无卡阻现象。
总之，对牵引电动机在安装、使用、维护、检修、修理各方面都要认真把好关，早发现故障，早处理，不使故障扩大造成损坏。
[关键词]牵引电动机 故障原因 防治措施
中图分类号：TM574.5 文献标识码：TM 文章编号：1009―914X（2013）25―0354―01
直流电动机与交流电动机相比，具有良好的启动性能；在宽广范围内平滑而经济地调速的性能；在电磁制动方面，投入附加设备少，容易实现。所以直流电动机广泛使用在煤矿井上、下运输的架线式和蓄电池式电机车上。但是，它比交流电动机结构复杂，运行中维修比较麻烦。只有对直流电机车的故障原因正确地分析判断，才能采取相应的方法、措施，预防和处理故障。
对2007-2011年直流电动机共75台在试验及矿山使用中的故障情况进行统计，见表。
对表中发生故障部位进行分析，从中找出直流电动机在电机出厂试验及矿山使用中常发生的故障及其原因。
表1 牵引电动机2007—2011年故障次数统计表
年份 2007 2008 2009 2010 2011 合计 比例/%
换向器 4 5 3 3 4 19 25
主磁极 5 2 4 4 3 18 24
电刷 3 6 2 2 1 14 19
电枢 1 4 3 1 2 11 15
轴承原因 2 0 3 3 1 9 12
其他 0 1 0 2 1 4 5
合计 15 18 15 12 12 75 100
1.故障部位及原因分析
1.1 换向器故障
从表中可看出换向器故障比例最大，这说明直流电动机换向方面的故障突出。在牵引电动机使用中，解决换向器故障仍是一个不容忽视的问题。
从直流电动机的工作特性可知，直流电动机在运行中，换向是一个较复杂的物理、化学等多方面问题的综合表现。所以换向器故障是直流电动机常见的一种故障。换向器常会出现灼伤痕迹，分为两种情况：一种是从换向器灼伤表面看不太严重，用纱布沾酒精可以擦除，不留明显痕迹；另外一种是灼伤较严重，用沾酒精的纱布擦拭后，留有灼伤痕迹。
造成换向器灼伤的主要原因是：在换向时有火花产生，甚至产生环火所致。换向器产生火花的原因主要有机械原因和电磁原因两类。
（1）换向器火花产生的机械原因：换向器表面不清洁，主要有灰尘、电刷磨损粉末；换向器表面变形，主要有换向片突出、换向片间云母绝缘突出、换向器表面磨损；换向极的气隙不均匀；转子平衡不好，出现电刷在换向器上跳动。
（2）换向器火花产生的电磁原因：延迟换向，使后刷边的电流密度增大，当后刷边离开换向片的瞬间，换向元件中还储存一部分磁场能量要放出来，因而后刷边可能出现火花。超越换向，使前刷边的电流密度增大，而前刷边刚接触换向片，接触面积较小，可能因接触面上出现很高的电压降和很大的热量而在前刷边下出现火花。
延迟换向还可能发生更严重的故障，即产生环火。在电动机牵引过程中，受电弓出现突然离开架线或突然接触架线，使直流电动机受到冲击负载的作用，这时电机电枢电流急剧增加，换向元件的电抗电势增大，远大于换向电势，造成过分延迟换向，使后刷边出现强烈的火花和电弧。由于电枢的旋转和电动力的作用，火花和电弧将被拉长，使电弧向外扩张。另一方面，电流的急剧增加，换向片间电压明显增加，从而发生电位差火花。后刷边的火花和电位差火花汇合在一起，最后可能成为跨越正负极之间的电弧，使整个换向器被一圈火花所包围。环火不仅能把换向器和电刷烧坏，而且会使电枢绕组受到损坏。
1.2 电刷故障
直流电动机电刷的故障比较常见，主要原因有：电刷压力大小不当，主要是弹簧压力所致，电刷压力一般为l4.7 kPa～24.5kPa；电刷在刷握内太松而发生跳动；电刷在刷握内太紧而被卡死；电刷磨损过短。造成与换向器接触不良；各电刷杆之间的距离不相等，以致有些电刷所短路的元件不在几何中心线上；电刷含铜比例高，降低了换向电阻，对换向造成影响；电刷没有研磨好，使电刷与换向器接触面小。这些原因都可能造成换向时火花的产生，损坏换向器和电刷。
1.3 主磁极和电枢绕组故障
主磁极、电枢绕组的故障有绕组短路、断路、接地等几种形式。牵引电动机故障统计表中列出的每年故障情况中，主磁极、电枢绕组的故障中，绕组接地故障比例最大。所以，着重分析造成绕组接地的原因。
1.3.1 工作环境
电机车牵引电动机的工作条件比较恶劣，常有潮气侵入电动机内，使主磁极绕组和电枢绕组绝缘受潮，绝缘阻值降低；由于电动机密封不是很严密，常有粉尘进人电动机内部，电刷与换向器摩擦产生的碳粉和可导电的铜粉也遗留在电动机内部，这些混合物具有吸潮的作用，会引起绝缘电阻值的进一步下降，最终导致绕组接地故障。
1.3.2 绕组绝缘空气隙
电机车在正常电压运行时，牵引电动机绕组绝缘在电磁力的作用下会发生磨损，长期磨损会使绝缘层内产生空气气隙，在空气隙内产生少量电子，当电压达到一定程度时，这些电子与原子相互碰撞使绝缘中带电的电子增多，增多到一定数量时，产生气隙放电侵袭绝缘层，使绝缘层逐渐变薄，最终导致绝缘击穿。
1.3.3 绝缘老化
电动机外部积尘较厚，内部粉尘较多，使绕组散热不良；经常过负载运行，使电动机长时间在温度较高的情况下工作。这些都会使电动机绝缘热老化，导致绝缘变脆，绝缘性能下降。由于安装牵引电动机采用吊挂式，电机车轮对过轨道接口、传动齿轮的间隙、电动机承受冲负载都会产生各种机械振动和电磁振动。这些振动和电动机内部的电磁力作用于电枢和磁极上而引起电动机振动，导致绝缘结构产生磨损，发生龟裂。
1.4 轴承故障
轴承是牵引电动机的重要部件，轴承故障是常见的故障。故障原因有：轴承本身存在着缺陷；轴承在装配时受到损伤；轴承缺润滑油；使用了不合格的润滑油或润滑油的牌号不对。
2.故障防治措施
在正常情况下使用，牵引电动机寿命是比较长的，对电动机正确使用和合理维护，能减少电动机的故障发生。针对牵引电动机故障统计表和上述的故障分析，应采取相应措施，避免故障的发生。
（1）使用前的检查。对新电机、较长时间未使用的电机，应做如下检查：检查电动机的绝缘电阻；绕组的直流电阻；用手盘动电动机转子看其转动是否灵活；检查电刷研磨情况，压力大小，与换向器的接触情况。
（2）电动机在使用中，机车司机应正确操作，避免过载运行，避免承受冲击负载，避免操作过电压。
（3）定期维护，清除电动机外部的积尘，改善电动机的散热条件；检查电动机的接线端子，保证接线不松动、不虚接；定期检查、清洗电动机的轴承，更换润滑油脂；定期检查绝缘电阻；定期清扫电刷与电动机换向器表面，检查电刷与换向器接触情况，电刷压力是否适当，电刷在刷握内是否松动或固死。
（4）检修要根据直流电动机的检修完好标准规定进行，修理工艺符合要求；更换元件要与原元件的型号一致.质量不低于原元件；换向器表面有一层氧化膜，修理时把换向器用酒精擦干净；电刷应充分研磨，电刷安装时注意在刷握内的松紧度和压力适当度；电刷安装后要与换向器进行研磨；轴承应热装，并注适量的合格润滑脂；电动机修理完毕，应盘动转子，转动应灵活，无卡阻现象。
总之，对牵引电动机在安装、使用、维护、检修、修理各方面都要认真把好关，早发现故障，早处理，不使故障扩大造成损坏。