重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)列車(chē)拖車(chē)接地軸端軸箱溫度異常升高故障的分析

何曉玲　徐放　黃濤

【重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司】

關(guān)鍵詞：接地軸端；炭刷；溫升；異常磨耗；接地回流

轉(zhuǎn)向架輪對(duì)軸箱裝置不僅起到固定軸端的作用，而且還通過(guò)一系減振彈簧連接著轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)，是轉(zhuǎn)向架上非常重要的部件之一。軸箱通過(guò)軸承內(nèi)圈與車(chē)軸進(jìn)行連接，軸承外圈固定在軸箱體內(nèi)，軸承內(nèi)圈通過(guò)過(guò)盈配合固定在車(chē)軸上，滾柱跟隨車(chē)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承滾柱通過(guò)潤(rùn)滑脂保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，一旦潤(rùn)滑脂因外部因素被污染，潤(rùn)滑性能下降，將會(huì)導(dǎo)致熱軸故障，嚴(yán)重影響行車(chē)安全。

1　轉(zhuǎn)向架軸端組成、作用和接地軸端故障情況

重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)列車(chē)采用B型車(chē)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架軸端組成包括4種結(jié)構(gòu)，分別為防滑軸端、接地軸端、普通軸端和ATP測(cè)速軸端。其中，接地軸端對(duì)當(dāng)前單節(jié)車(chē)起到接地回流的作用。

接地軸端的結(jié)構(gòu)主要包括軸端蓋、接地盤(pán)、炭刷、摩擦盤(pán)、軸端壓板等，接地軸端內(nèi)部含有3塊炭刷，通過(guò)炭刷與摩擦盤(pán)的接觸將電流引入輪對(duì)，將接地電流引入軌道。

2018年10月重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)在日常檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)06003編組列車(chē)6車(chē)3位軸箱溫度異常升高，用紅外線(xiàn)測(cè)溫槍測(cè)量軸箱上表面溫度達(dá)到1159, 其他軸箱均為129-149。經(jīng)對(duì)故障軸端分解檢查，故障情況如下。

(1) 檢查發(fā)現(xiàn)端蓋內(nèi)部有大量炭粉，且已有部分結(jié)塊,正常應(yīng)為干燥粉末狀。軸承外側(cè)一圈粘結(jié)了大量泥狀炭粉且已干結(jié)。如圖1所示。

(2) 炭刷接線(xiàn)全部破損斷裂，炭刷異常過(guò)度磨耗，已變形為不正常狀態(tài)，且個(gè)別已經(jīng)碎裂。接地摩擦盤(pán)狀態(tài)正常。

(3) 拆解檢查發(fā)現(xiàn)軸箱內(nèi)側(cè)和軸承外圈已完全結(jié)合到一起，已無(wú)法使用常規(guī)手段退出軸承外圈，軸承內(nèi)圈表面已呈黑色，滾子和保持架之間的潤(rùn)滑脂已全部被燒黑變成硬塊(如圖2)。

針對(duì)06003編組6車(chē)3位故障，更換了輪對(duì)、軸箱、接地裝置。

2018年12月06003編組列車(chē)6車(chē)6位軸箱溫度異常升高，達(dá)到659，分解檢查故障情況同06003編組6車(chē)3位。

2019年1月到6月對(duì)該項(xiàng)目所有列車(chē)進(jìn)行了整體排查，檢查發(fā)現(xiàn)2起軸箱溫度異常升高故障，分別為06001編組1車(chē)3位06020編組6車(chē)3位，故障位置同樣均為拖車(chē)接地軸端，故障仍為同一現(xiàn)象。

2019年6月15日檢查06003編組6車(chē)3位經(jīng)處理后故障是否已得到有效解決，再次打開(kāi)端蓋檢查，發(fā)現(xiàn)炭刷仍存在異常磨耗，且軸承側(cè)已經(jīng)附著了大量炭粉(如圖3所示)。距離故障處理間隔時(shí)間僅為6個(gè)月，運(yùn)行公里數(shù)63509km。

2　軸箱溫度升高原因分析

對(duì)接地軸箱分解檢查，軸箱軸承內(nèi)部的潤(rùn)滑脂已嚴(yán)重變性，潤(rùn)滑脂內(nèi)可見(jiàn)大量金屬異物。將失效的潤(rùn)滑脂分不同點(diǎn)位進(jìn)行取樣，分別取軸承中央側(cè)，A列內(nèi)圈，A列密封蓋6列內(nèi)圈6列密封蓋處，如圖對(duì)以上5個(gè)部位分別進(jìn)行成分檢測(cè)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該5個(gè)位置潤(rùn)滑脂內(nèi)均可見(jiàn)大量金屬異物，金屬異物多為純銅、碳素鋼等，其中，潤(rùn)滑脂銅粉含量嚴(yán)重超標(biāo)，鐵粉含量未見(jiàn)異常(檢查成分參見(jiàn)表1)。

根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，軸承潤(rùn)滑脂失效的原因?yàn)?ldquo;潤(rùn)滑脂內(nèi)銅粉含量超標(biāo)”；因潤(rùn)滑脂內(nèi)含有大量銅粉引起軸承潤(rùn)滑脂溫度升高，溫度的升高及銅粉的不斷增加加速潤(rùn)滑脂失效，造成熱軸。

接地軸箱部位含有銅元素的部件有“接地炭刷”及 “接地摩擦盤(pán)”，經(jīng)檢查，接地摩擦盤(pán)并未磨耗過(guò)限，但接地炭刷存在嚴(yán)重的異常磨耗現(xiàn)象。

(1)炭粉進(jìn)入軸承內(nèi)部原因分析

接地軸端內(nèi)炭粉的正常堆積狀態(tài)如圖5紅色部分所示，摩擦盤(pán)安裝在軸端壓板上，接地裝置體安裝在前蓋側(cè)，前蓋與壓板間有迷宮密封，炭粉堆積量在前蓋側(cè)，正常情況下可以防止炭粉進(jìn)入軸承，但是，若炭粉在前蓋側(cè)堆積量過(guò)多則可以通過(guò)“迷宮結(jié)構(gòu)”到達(dá)軸承。

(2)接地炭刷磨耗

故障位置接地炭刷均存在嚴(yán)重的異常磨耗，且存在偏磨現(xiàn)象,故障接地炭刷的尺寸為43.8mm，比新品炭刷短9.2mm；根據(jù)接地炭刷設(shè)計(jì)文件及其余車(chē)輛的實(shí)際使用情況，接地炭刷12-13萬(wàn)km磨耗量約為2-3mm,但故障車(chē)輛在更換新品炭刷后僅運(yùn)營(yíng)42336km。

同時(shí)，接地炭刷異常磨耗的現(xiàn)象僅出現(xiàn)在拖車(chē)，溫升異常的接地軸端也僅發(fā)生在拖車(chē)。

綜上所述，拖車(chē)因接地炭刷異常磨耗產(chǎn)生大量炭粉堆集在軸箱前蓋側(cè)，堆集的大量炭粉通過(guò)軸箱“迷宮結(jié)構(gòu)”到達(dá)軸承，從而污染軸承油脂使軸箱溫度升高，溫度的升高及不斷滲入炭粉再次加速軸承油脂的失效。

3　接地炭刷異常磨耗分析

炭刷磨耗主要分為機(jī)械磨耗和電磨耗。

機(jī)械磨耗和炭刷安裝工藝、刷架尺寸、炭刷材質(zhì)、摩擦盤(pán)材質(zhì)、機(jī)械振動(dòng)等相關(guān)，針對(duì)各項(xiàng)分析如下：

(1)軸溫異常位置的安裝工藝、刷架尺寸進(jìn)行了仔細(xì)分析，尺寸和安裝均?合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)炭刷材質(zhì)、摩擦盤(pán)材質(zhì)經(jīng)分析均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且同一批次大量的接地炭刷及摩擦盤(pán)安裝于同一列車(chē)，僅拖車(chē)出現(xiàn)接地炭刷異常磨耗。

(3)拖車(chē)車(chē)輛存在振動(dòng)可能性電磨耗和整車(chē)接地回流方式、電流大小等有關(guān)。針對(duì)電流大小的問(wèn)題，對(duì)拖車(chē)接地回流進(jìn)行理論計(jì)算與實(shí)際測(cè)量，結(jié)果如下：

拖車(chē)?yán)碚摴ぷ鹘拥仉娏?210kVA/1.5kV=140A,拖車(chē)有2個(gè)接地軸端，平均分配到一個(gè)拖車(chē)接地軸端的電流為70A。

空載狀態(tài)下，拖車(chē)實(shí)測(cè)電流數(shù)據(jù)如表2。

根據(jù)實(shí)測(cè)電流，可得出如下結(jié)論：

(1)拖車(chē)的實(shí)測(cè)電流比理論計(jì)算電流大(6車(chē)實(shí)測(cè)總電流170A,較計(jì)算總電流值多出30A；1車(chē)實(shí)測(cè)總電流250A,較計(jì)算總電流值多出110A)。

(2)拖車(chē)電流回流存在不均的現(xiàn)象。根據(jù)上述結(jié)論，對(duì)重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)接地回流電路進(jìn)行分析。

4　車(chē)輛接地回路分析

地鐵車(chē)輛接地回路按照布置分為功能回流接地和安全接地#功能回流接地是高壓電源負(fù)端的回流，通過(guò)接地回流裝置與列車(chē)軌道相連，高壓電源的負(fù)端首先通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與車(chē)體絕緣的匯流排相連，然后通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與轉(zhuǎn)向架上接地回流裝置相連，經(jīng)軌道臨末回到變電站高壓負(fù)端#接地系統(tǒng)特性要求，回流的功能接地與保護(hù)接地應(yīng)分開(kāi)，高壓電路與低壓電路接地應(yīng)分開(kāi)，即在工作接地與保護(hù)接地中間設(shè)置一個(gè)接地電阻，可以避免雜散電流通過(guò)動(dòng)車(chē)流向其他車(chē)。

重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)車(chē)輛接地回流電路如圖6所示，拖車(chē)(TC)和動(dòng)車(chē)(MP、M)設(shè)備功能接地回路分別經(jīng)過(guò)本車(chē)接地匯流排，再接入接地軸端，而車(chē)體安全接地同樣匯集在本車(chē)接地匯流排，且本車(chē)功能接地和安全接地之間未設(shè)置接地電阻#拖車(chē)每個(gè)轉(zhuǎn)向架只有1個(gè)接地軸端，正常情況下，拖車(chē)的2個(gè)接地軸端回流裝置只給輔助電源裝置回流#而動(dòng)車(chē)每個(gè)轉(zhuǎn)向架有2個(gè)接地軸端，即動(dòng)車(chē)的4個(gè)接地軸端回流裝置只給當(dāng)前動(dòng)車(chē)的牽引系統(tǒng)回流#車(chē)體之間通過(guò)2根95mm²跨接電纜連通，所以拖車(chē)增加的電流來(lái)自動(dòng)車(chē)。

若拖車(chē)一個(gè)軸端的3個(gè)炭刷接線(xiàn)全部斷裂，則另一個(gè)接地軸端內(nèi)部的3個(gè)炭刷將會(huì)承受所有的電流。尤其在AW3載荷下，電流更大，大電流又會(huì)反作用于炭刷，拖車(chē)炭刷長(zhǎng)期承受大電流，又會(huì)加速炭刷的磨耗，形成惡性循環(huán)。

5　接地回流電路整改的探索

重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)其他項(xiàng)目列車(chē)均為動(dòng)車(chē)回流方式，且接地軸端炭刷及軸箱結(jié)構(gòu)各部件均屬相同產(chǎn)品，一直以來(lái)運(yùn)營(yíng)良好，從未發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題#具體方法為將拖車(chē)接地電流引入相鄰動(dòng)車(chē)進(jìn)行回流，拖車(chē)不設(shè)置接地軸端，現(xiàn)對(duì)該故障批次列車(chē)拖車(chē)接地回流方式進(jìn)行探索性試改,來(lái)驗(yàn)證其是否會(huì)減少電磨耗，且該方案也可消除因拖車(chē)振動(dòng)較大導(dǎo)致炭刷機(jī)械磨耗較嚴(yán)重的可能性。從而根本解決炭刷異常磨耗，解決熱軸問(wèn)題。

具體整改方案如下：

(1)取消原拖車(chē)接地匯流排到拖車(chē)軸端接地線(xiàn)，將拖車(chē)的工作接地引至相鄰的動(dòng)車(chē)匯流排接地回流。

(2)將車(chē)體的安全回流電路與工作接地電路完全隔開(kāi)。

6　整改驗(yàn)證

選取06020編組進(jìn)行首列車(chē)試改，對(duì)MP車(chē)整改后的接地電流進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試,電流數(shù)據(jù)符合車(chē)輛設(shè)計(jì)要求#經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的運(yùn)行驗(yàn)證，拖車(chē)接地炭刷在只有機(jī)械磨耗的情況下，未出現(xiàn)異常磨耗情況，MP車(chē)接地炭刷未出現(xiàn)異常磨耗。

7　結(jié)束語(yǔ)

軸箱軸承及軸端裝置等各部件的正常工作對(duì)保障整個(gè)列車(chē)安全運(yùn)行有著非常重要的意義，而列車(chē)電路合理且正確的設(shè)計(jì)對(duì)全車(chē)各部件的正常工作又有著長(zhǎng)期且深遠(yuǎn)的影響#所以對(duì)于軸箱高溫故障這類(lèi)運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，不能單純從機(jī)械角度進(jìn)行分析處理，而要綜合考慮，多方分析驗(yàn)證。本文詳細(xì)論述了接地軸端高溫故障的分析過(guò)程、分析方法,從機(jī)械、電氣角度分別進(jìn)行分析，并模擬正常運(yùn)行模式進(jìn)行接地電流檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)接地電流異常，再結(jié)合車(chē)輛電路設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)比其他項(xiàng)目列車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)情況，進(jìn)行探索性試整改，并對(duì)整改結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證跟蹤，整改效果良好，從根本上解決了接地軸端的高溫故障。

來(lái)源：《鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛》

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