铁路机车异步牵引电动机轴承结构

铁路机车异步牵引电动机的轴承结构 李进泽

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001） 摘 要：对于结构简单、维护量少的铁路机车异步牵引电动机来说，作为其关键部件之一的轴承往往是其中一个薄弱点，其运转情况的好坏在很大程度上直接影响异步牵引电动机的运行可靠性，因此电机设计时，必须合理设计其轴承结构，包括选择合适的轴承、设计正确的润滑系统和可靠的密封结构。

关键词：铁路机车异步牵引电动机、轴承、轴承结构、润滑、密封

0 引言

三相交流传动机车首先必须满足的要求是，对于铁路重载货运机车，能连续产生较大的牵引力；对于铁路高速客运机车，一级齿轮传动装置能得到较高的机车速度，因此要求铁路机车异步牵引电动机转矩要大、转速要高。另一方面由于受到铁路机车车轮直径、两车轮内侧距离和机车下部限界的限制，要求异步牵引电动机体型相对地越来越小。同时，逆变器供电又会造成异步牵引电动机轴承强振动、高温升、轴承电蚀等不利影响。

因此，异步牵引电动机设计时，必须仔细分析其轴承常常需承受高转速、高负荷、高温升、强振动等苛刻运行条件的特殊性，有针对性地设计轴承结构，并采取相应措施。

1 轴承类型及其布置

为简化结构，降低成本，铁路机车牵引电机一般尽可能采用单侧传动，一般采用两轴承结构（如图1），传动端采用较大的NU 型圆柱滚子轴承，作为非定位轴承，仅承受径向负荷；而非传动端采用定位轴承，除承受径向负荷外，还承担电机轴的轴向定位和轴向负荷，一般采用NH 型、NUP 型、NUH 型圆柱滚子轴承，或向心球轴承，还可采用组合结构（如图2，TGV 异步牵引电机轴承结构）。

采用人字形小齿轮时，人字齿轮已轴向定位，两端轴承必须都为非定位轴承，如ICE 动车异步牵引电机BAZ7096。

图1 两轴承结构的异步牵引电动机 图2非传动端采用组合轴承结构

2 轴承转速

异步牵引电动机轴承选择除考虑轴承的受力负荷外，还要着重考虑高转速和轴承电蚀这两个不利因素。 异步牵引电动机转速的限制除取决于其自身（主要是转子）的强度和刚度外，在很大程度上取决于逆变器所能提供的最高频率以及轴承的许用速度。

一般异步牵引电动机的最高转速都比较高，不少都高于轴承样本中所列的极限转速（特别是传动端），如BR120机车异步牵引电机最高工作转速（4500r/min ）为其传动端轴承（NU322）脂润滑的极限转速（轴承样本推荐2000r/min ）的2倍多，超过该轴承油润滑的极限转速（2600r/min ）的70%，也超过非传动端轴承（NJ318带角环HJ318）脂润滑时的极限转速（2800r/min ）的60% [1]。

作者简介：李进泽（

1967—），男，1990年毕业于浙江大学电机专业，高级

工程师，首席设计师，主要从事轨道交通异步牵引电动机、石油钻机变频电机、风力发电电机的研究开发。

因此，电机设计时，要按轴承承载能力和极限转速间的最佳结合来选择轴承，既要有足够的动态承载系数，同时，又要有较高的极限转速。应尽可能选用尺寸较小，且极限转速较高的中系列，甚至轻系列轴承（如日本300系异步牵引电动机采用NU214和6311），以减小d m N 值[d m N=轴承平均直径(mm)×转速(r/min) ]。

另外，可通过采取其它一些改进措施提高轴承的许用转速，如改变润滑方式（采用油润滑，可使轴承的额定转速比脂润滑时提高15～25%）、提高轴承精度（一般采用P6）、适当选用较大游隙的轴承（如C3、C4）。

3 轴承温升

一方面，新型耐高温绝缘材料的出现使得异步牵引电动机的绝缘等级越来越高（如H 级、200级），使得电机的许用温升越来越高。

另一方面， 由于高次谐波电流在转子导条中集肤效应明显，可在转子绕组中产生达10～38%的额外发热；加上系统控制的需要，往往要求异步牵引电动机具有较高的转差率（对并联供电的逆变器系统而言，一般为1～3%），大大增加了转子的发热，使转子工作温度可高达200～300℃，如蓝剑动力车异步牵引电动机（4FHA7056C ），试验时其转子温升就高达186.3K （环境温度28.7℃）［4］。转子大量热量会以热传导的方式从转轴上迅速传到与其邻近的轴承，同时还有来自定子（如4FHA7056C 电机定子温升157.4K ［4］）、转子的大量辐射热会通过轴承周围的热空气辐射传到轴承上，加上轴承自身高负荷、高转速产生的大量摩擦热，使得轴承的运行温升非常高，如4FHA7056C 电机轴承温度达97.1℃［4］，有时甚至超过100℃，因此异步牵引电机轴承温升限值大多已提高到了80K 。

图

3 轴承电蚀（外圈）

图4 绝缘轴承

4 轴承电蚀

由于电机内的磁路不对称、不对称的非屏蔽电缆敷设、快速切换的逆变器及它们的共式电压会在电机中形成轴承电流，并在轴承中产生电蚀（使轴承滚动面变得粗糙，象洗衣板似的，如图3），使轴承过早损坏。前两种来源对工频电源和逆变器供电电机都是潜在的风险。最后一种来源只存在逆变器供电的电机中，其产生的高频轴接地电流、高频循环电流、电容性放电电流会增大轴承电蚀损坏的危险。

Busse 等人提出，PWM 逆变器驱动下电机轴承寿命可由以下公式求得：

Elec Life=7,867,204 X10-[2.17X (Apk/mm2)] 式中A pk /mm 2—轴承电流密度［5］

一般通过滚动轴承的最大电流密度不得超过1.5A/mm 2（SKF 、FAG 等轴承制造商提出的限值更低），否则轴承性能将严重恶化［6］。

因此，要提高异步牵引电动机轴承的寿命，就必须减小或阻隔流过轴承的电流，防止轴承电蚀，通常的有效方法是采用绝缘轴承（陶瓷或PPS 树脂绝缘轴承，如图4，采用轴承外圈滚道面绝缘处理，也有采用轴承内圈轨道面或滚动体绝缘处理的）。

5 轴承润滑及密封

对于高转速的异步牵引电动机轴承来说，特别是传动端因采用承受较高径向负荷、较大尺寸的轴承，该端轴承速度因数d m N 值就较高。但一般如d m N 值超过600，000时就不宜采用脂润滑，需采用油润滑。采用油润滑

后，一方面，可使轴承的额定转速比脂润滑时提高15～25%；另一方面，可通过减小小齿轮与传动端轴承之间

的距离，减小了小齿轮的悬垂影响，减小轴承径向负荷，因此就允许使用尺寸更小的具有更高额定转速的轴承。

对于非传动端轴承来说，因其负荷小而采用尺寸较小的轴承，一般仍可采用脂润滑。

5.1 油润滑

一般，传动端轴承油润滑时采用循环油润滑，旋转的齿轮将齿轮油飞溅到齿轮箱壁，由齿轮箱壁集油沟汇集后，流入电机进油口，然后进入轴承，流过轴承后，从里端的油密封件回油槽流回齿轮箱。这时要求在轴承和转子之间有一个有效阻隔油流的密封结构。

5.1.1 润滑方式

润滑油起两个作用：一是形成并维持弹性的流体动压油膜，二是起冷却作用，将轴承滚动体摩擦产生的热量带走。而维持适宜的油膜所需润滑油是比较少的，但要起冷却作用则必须供给大量的润滑油。

一般宜采用小的进油量，低的润滑油液面或仅使润滑油流过轴承，另外，轴承结构还必须便于排油，不可使大量润滑油存积在轴承内，否则，会因过多的润滑油搅拌产生流体摩擦发热而进一步提高油温，而过多的润滑油被搅拌起来后更会增加密封的难度（特别是高速时）。但为有效地防止急加速及起动时轴承供油不足而磨损轴承，也可设置储油槽，以便轴承内的润滑油始终能维持在一个较低的液面高度，使轴承类似处于油浴润滑的状态（可以说是微小油浴状态）。

一般，运行中采用中等粘度的润滑油，如ICE动力车采用Optigear 220齿轮油，E120机车润滑油的粘度为ISO VG320 CLP齿轮油。但在试验台上空转运行时，宜采用高粘度的润滑油，如粘度400。

5.1.2 密封

由于油润滑的异步牵引电动机一般转速高，其密封处的圆周速度远远高于接触密封接触处的圆周速度限值（一般不超过4～5m/s [8]），所以应采用非接触式密封方式。经常采用迷宫密封、间隙密封、离心密封等数种方式组合成的混合密封结构。

异步牵引电动机密封结构设计时，应充分利用流体最大阻力原理。

液体在压力作用下，从间隙中泄漏量可用下式表示：

Q=Av(cm3/s) ［9］

式中：Q——泄漏量，cm3/s；

A——间隙的总面积，cm2；

v——介质在间隙中的平均流速，cm/s。

从上式中可以看出，欲减少泄漏量，应尽可能减少间隙面积和介质在间隙中的流速，而间隙减少可显著增加流体流动的阻力，从而降低其流速。异步牵引电动机油润滑轴承可采用以下几种密封结构（或措施）中的一种或几种。

⑴迷宫密封——增加流体在间隙中流过的路程、突然改变流体在流程中的空间

因密封间隙中流体的流动阻力与其流过的路程成正比，所以迷宫密封结构中曲折的路径可增加流体在密封间隙中流过的路程，增加流体流动的阻力而增加密封作用。通过迷宫槽的设置可使流体在流程中的空间突然改变，使流体压力改变，使流体随之受到膨胀或压缩，从而造成其部分能量损失，导致流体流速降低而增加密封效果。

其中，直通型迷宫（仅轴向，如图1）主要靠减小间隙和增加空腔（环）的数量来保证其密封；交错型迷宫（轴向+径向，如图5，其中还采用了阶梯密封方式）与直通型迷宫相比，突然改变了流体在流动过程中的方向，可引起涡流，从而增加内摩擦损失和流动阻力，能增强其空腔的动能耗散而密封效果好，流体在在间隙中流动速度越大，其效果越显著。

在内油封上开设宽且深的回油槽（如图6），可有效破坏旋转的油流在轴上形成的油膜环和避免在回油槽空腔内形成高压，旋转的轴可将间隙中的润滑油飞溅到回油槽中并通过其下部的回油孔返回到齿轮箱中。

⑵间隙密封——减小间隙宽度

靠狭窄的密封间隙来阻挡流体向电机内泄漏，因流体流动阻力与密封间隙的平方成反比，所以减小密封间隙，可显著增加流体流动的阻力，从而降低其流速，增加密封效果，一般，间隙可取0.40～1.00m m（双边）。

图 5 交错型迷宫密封结构图 6 内油封上宽且深的回油槽

⑶离心密封

有时，在紧靠轴承内端面的轴上套一个离心甩油环（如图1），既挡住漏油直通道，又可使轴向游移的油甩离轴颈后，从油室壁流下，其尺寸应刚好既保证稳固又不至于增加油室内油的搅动，轴向位置应尽量靠近迷宫密封处，考虑轴向窜动和膨胀以及方便拆装，取其与迷宫内壁的间隙为0.50～2.00mm [8]。甩油环将有效地阻挡大部分流向电机内的润滑油，以及将其甩到内油封回油槽的空腔壁上，汇流到底部后，从回油孔返回到齿轮箱中。也可在轴承与内油封之间，装一环行挡油板（固定在端盖或内油封上），把轴承旋转时飞溅的润滑油，及时挡回到轴承内，并使其大部分从该挡油板下方的回油孔流回到齿轮箱。笔者认为这两个措施对有储油室（特别是轴承内润滑油液面高度较高而润滑油搅拌、飞溅厉害时）的轴承的密封将是行之有效的。

⑷间隙中填充粘性较大的流体（如润滑脂），也可起到增加流体流动阻力的作用，但必须考虑因其流失或被润滑油稀释、溶解，影响其持续有效性。

5.2 脂润滑

异步牵引电动机轴承的高转速、高温升等运行条件，将使油脂添加剂损失得更快，其添加润滑脂的间隔应大为缩短，而机车要求轻维护量的异步牵引电动机有长的润滑脂补充周期，所以有必要选用耐热性、耐久性好的复合型润滑脂，如日本300系及其后的新型新干线异步牵引电动机上采用复合锂基型润滑脂、蓝剑动力车异步牵引电动机4FHA7056C采用KLUBER的Isoflex Topas NCA52复合钙基型润滑脂、我国“中华之星”JD128异步牵引电动机采用RoyalPurple的UPG2#复合铝基型润滑脂。

6轴承配合

轴承内圈与轴采用过盈量，轴的轴承档公差通常取ISO n6或P6。

端盖轴承室公差一般取ISO M7或M6。

7结论

总之，要提高铁路机车异步牵引电动机轴承运行可靠性，正确设计其轴承结构是前提，正确装配、使用和维护轴承，才有真正的可靠保证。

⑴单侧传动时，异步牵引电动机传动端大多采用NU型圆柱滚子轴承，非传动端一般为定位轴承。

⑵为提高轴承的许用转速，可采取选用尺寸较小的中、轻系列轴承。

⑶采用具有更高温升限值（80K）的轴承。

⑷采用绝缘轴承以阻隔轴承电流，防止轴承电蚀。

⑸采用合理的润滑系统及密封结构，改善轴承的润滑性能和密封效果。

⑹轴的轴承档公差通常取ISO n6或P6，端盖轴承室公差一般取ISO M7或M6。

参考文献：

1H.Sieverding、G.Poll. Electronics have made asynchronous motors in electric locomotives possible. Ball Bearing Journal 230，1980.

2李景贤、张莉.高速机车牵引电机轴承选型分析.内燃机车，1996.9.

3SKF .轴承综合型録. 上海科学技术文献出版社,1991.

4高培庆等 .DJ2型交流传动客运电力机车用JD121异步牵引电动机.机车电传动，No 5,2001.

5万健如等.变频电机轴承失效机理分析.轴承，2002，No.8.

6周鹤良主编.电机工程手册?电机卷（第二版）.机械工业出版社,1996.

7朱祖超等.泵润滑系统的设计与试验研究.水泵技术，1998.2.

8钱军.锅炉风机轴承密封的改进.中国设备管理，2000.3.

9孟祥雨、刁克军 .货车轴承密封的研究与应用.铁道车辆，第38卷第2期2000年2月.

10王德志.滚动轴承的诊断和维修.中国铁道出版社，北京.1994.

牵引电机驱动端轴承故障分析与处理

龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e88635480.html, 牵引电机驱动端轴承故障分析与处理 作者：常永华 来源：《中国新技术新产品》2019年第08期 摘要：牵引电机作为机车动力传递的重要组成部分，其工作运行的质量直接关系着机车 的运行效率，而轴承是牵引机中最为重要的部件，其主要承担着转子重量以及机车行驶过程中出现的振动与冲击，在实际应用中，由于牵引电机轴承出现故障而影响机车正常运行的情况时有发生，因此对牵引电机驱动端轴承故障分析与处理进行探讨具有重要的意义。 关键词：牵引电机；驱动端轴承；齿轮箱油 中图分类号：TH133 文献标志码：A 0 引言 铁路运输作为承担我国大部分运输任务的基础性运输方式，其行驶安全、稳定、快捷运行关系着社会民生与发展，而牵引电机作为机车动力传递的重要组成部分，其工作运行的质量直接关系着机车的运行效率。轴承是牵引机中最为重要的部件，其主要承担着转子重量以及机车行驶过程中出现的振动与冲击，因此，高质量的轴承对机车的稳定行驶具有积极作用。但是在实际应用中，经常会出现机车牵引机轴承磨损、电机卡死等情况，其对机车的安全运行造成巨大威胁。因此，该文以HXD2型交流传动电力机车为研究对象，其牵引电机驱动端轴承早期出现了异常磨损现象，严重影响了列车的运行安全。该文首先阐述了牵引电机驱动端轴承故障成因，之后根据对牵引机的外观检查以及齿轮箱油的检查得出分析结论，最后结合实际经验提出牵引电机驱动端轴承故障处理措施，以期为机车的正常行驶提供基础保障。 1 牵引电机驱动端轴承故障成因 某电力机务段使用的180台HXD2型电力机车由于自运营以来长时间处在满负荷甚至超负荷，因此，机车的运行质量大打折扣，牵引电机驱动端轴承发生严重磨损，影响到机车的安全稳定行驶。在2009年11月3日，HXD2型机车更是出现4台机车的10台牵引电机驱动端轴承磨损问题。在事故出现后，机段的维护人员对HXD2型机车牵引电机驱动端轴承间隙情况进行了检查。 根据查阅原设计规范可知，HXD2型机车牵引电机驱动端轴承的设计间隙是0.12 mm～0.2 mm，而轴承的报废间隙为0.27 mm，而根据普查得到的牵引电机驱动端轴承间隙测量可知，10台牵引电机中的78台轴端轴承的间隙超过设计值，即发生轴承磨损情况。下面将从拆解外观检查以及齿轮箱油两方面分析牵引电机驱动端轴承故障成因。 1.1 拆解外观检查及分析

牵引电机

牵引电机 一．牵引电动机的组成 牵引电动机主要由定子和转子两部分组成。 定子又包括定子铁芯、定子绕组和机座。定子铁芯由硅钢片叠成，用于放置定子绕组，构成电动机的磁路；定子绕组由铜线绕制而成，构成电动机的电路；机座一般由铸铁或铸钢制成，是电动机的支架。 转子又包括铁芯和转轴。转子铁芯和定子铁芯相似，也由硅钢片叠成，作为电动机的中磁路的一部分。铁芯上开有槽，用于放置或浇注绕组，它安装在转轴上。工作时随转轴一起转动。绕组分为笼型和绕线型两种。笼型转子绕组由铸铝导条或铜条组成，端部用短路环短接。绕线型转子绕组和定子绕组相似。转轴由中碳钢制成，两端由轴承支撑，用来输出转矩。 为了保证牵引电动机的正常运转，在定子和转子之间存在气隙，气隙的大小对电动机的性能影响极大。气隙大，则磁阻大，由电源提供的励磁电流大，使电动机运行的功率因数低；但气隙过小，将使装配困难，容易造成运行中定子和转子铁芯相碰。

二．牵引电机的作用 铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆(如蓄电池车、城市电车、地下铁道电动车辆)上用于牵引的电机。

由于机车既要求有大的牵引力，又要求能高速运行，因此加到电动机上的电压与电流变动幅度较大，故要求电动机能适应较大的调压比，并有一定深度的磁场削弱能力。 牵引电动机在露天工作，环境恶劣，经常受到风沙、雨雪的侵袭，运用地区海拔高度、环境温度的差别很大，空气中的湿度、盐分（海滨区热季）和含尘量也不相同，这些都能使电动机绝缘变差。因此，牵引电动机的绝缘材料和绝缘结构应具有较好的防尘、防潮能力。 由于牵引电动机在运行中经常启动、制动、过载和磁场削弱，且机车运行时电动机受到冲击和振动都比普通电动机严重，因此，无论是电磁原因或是机械原因都会造成牵引电动机换向困难，换向器上经常产生火花甚至会形成环火。尤其要指出的是，在脉动电压下工作的牵引电动机，其换向和发热更为困难，因此对脉流牵引电动机的结构选择还要考虑这方面的特殊问题。运行中的冲击和振动除造成换向恶化外，还易使电动机的零部件损坏，因此要求牵引电动机的零部件必须具有较高的机械强度。 牵引电动机安装空间尺寸受到限制。由于牵引电动机是悬挂在机车转向架上，电机结构必须考虑传动和悬挂两方面的问题，它的径向尺寸受轮对直径的限制，轴向尺寸受轨距的限制，还受到轮对中心线与机车走行部分其他构件之间

三相异步电机的转矩特性与机械特性(精)

三相异步电机的转矩特性与机械特性 1．电磁转矩（简称转矩） 异步电动机的转矩T 是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I 2相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流I 及旋转磁场的强弱有关。 经理论证明，它们的关系是： 22cos T T K I ?=Φ （5-4） 其中 T 为电磁转矩 K T 为与电机结构有关的常数 Φ为旋转磁场每个极的磁通量 I 2为转子绕组电流的有效值 ?2为转子电流滞后于转子电势的相位角 若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，（5-4）修正为： 22122220()T sR U T K R sX '=+ （5-5） 其中 T K '为常数 U 1为定子绕组的相电压 S 为转差率 R 2为转子每相绕组的电阻 X 20为转子静止时每相绕组的感抗 由上式可知，转矩T 还与定子每相电压U 1的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩T 还受转子电阻R 2的影响。图4-15为异步电动机的转矩特性曲线。 2．机械特性曲线 图 5-5 三相异步电动机的机械特性曲线 在一定的电源电压U 1和转子电阻R 2下，电动机的转矩T 与转差率n 之间的n n m (a) T =f (s )曲线

关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线，它可根据式（5-4）得出，如图5-5所示。 在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩： 1）．额定转矩T N 额定转矩T N 是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。 29550N P T n = （5-6） 式中P 2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特，n 的单位是转/分，T N 的单位是牛·米。 当忽略电动机本身机械摩擦转矩T 0时，阻转矩近似为负载转矩T L ，电动机作等速旋转时，电磁转矩T 必与阻转矩T L 相等，即T = T L 。额定负载时，则有T N = T L 。 2）．最大转矩T m T m 又称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转矩。它反映了电动机的过载能力。 最大转矩的转差率为S m ，此时的S m 叫做临界转差率，见图5-5（a ） 最大转矩Tm 与额定转矩T N 之比称为电动机的过载系数λ，即 λ= Tm / T N 一般三相异步的过载系数在1.8~2.2之间。 在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就是重选电动机。 3）．起动转矩T st ， T st 为电动机起动初始瞬间的转矩，即n=0，s ＝１时的转矩。 为确保电动机能够带额定负载起动，必须满足：T st >T N ，一般的三相异步电动机有T st /T N =1~2.2。 3．电动机的负载能力自适应分析 电动机在工作时，它所产生的电磁转矩T 的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。 2 L T n S I T ↑?↓?↑?↑?↑直至新的平衡。此过程中，2I ↑时，1 I ↑? 电源提供的功率自动增加。

三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性 （一）机械特性方程 1）物理表达式：T=CTФmI2’ cosф2 (T是电磁作用的结果) 2）参数表达式： 3) 工程表达式： ——外施电源电压； ——电源频率； ——电机定子绕组参数； ——电机转子绕组参数。 （二）固有机械特性曲线 1．形状(根据工程表达式来说明) AB段（s较大）：为双曲线，T与S成反比。 BO段(s很小)：为直线，T与S 成正比。

2．起动点A，n=0,S=1， 起动转矩倍数KT=TS/TN 一般取0.8~1.8 3.临界点B 临界转差率只与转子电阻有关. 取0.1~0.2 最大转矩与电源电压UI2有关。 过载能力λ=Tm/TN 取1.6~2.2 4.同步点O n=n1 T=0 (理想的空载转速，旋转磁场的转速 ) 5.额定点C 0< SN

2、转子串电阻的人为机械特性——“变软” 当转子回路串电阻时，同步点不变，Sm与转子电阻成正比，转速随电阻增加而减小，最大转矩Tm保持不变，在一定范围内起动转矩有所增加，其特性曲线（红色）所示 3、降低定子电压频率的人为机械特性——“变小” 降低定子电压频率时，同步转速随之下降，从而使得电机转速下降，但特性的硬度基本保持不变。 电动机在工作时要求主磁通保持不变，因此在降低频率的同时，定子电压也要随之降低。

深圳地铁株机车牵引电机轴承固死的预防措施

深圳地铁株机车牵引电机轴承固死的预防措施 张清林 (深圳市地铁集团有限公司运营分公司,广东深圳 518000) 摘 要:分析了电机轴承固死产生的原因以及对于地铁安全运营造成的危害性,提出了牵引电机轴承固死的预防措施。关键词:牵引电机;轴承;固死 doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2012.12.021 0 引言 针对深圳地铁罗宝线132车轮对固死故障做电机振动实验,检测出引起轴承固死的问题。由于不同影响因素的作用,电机在运行中有一些结构、部件会逐渐恶化,这些结构部件的性能和功能出现问题,使电机出现不正常的各种状况。 轴承固死轻则使电机失效,损坏联轴节乃至整个转向架,重则导致列车燃轴切轴进而发生脱轨以致危害乘客的安全。因此,调查分析产生轴承固死的起因,并采取相对应的预防措施,对于降低和杜绝此类轴承固死故障的发生是非常必要的。 1 原因分析 发生轴承固死以致影响列车正常运行的原因有很多,比如常见的润滑影响、轴承间隙的影响、装配质量的影响以及其他状况的影响,还有多方面因素共同影响作用的结果。通过对出现故障的轴承进行解体,分析出导致轴承固死的原因有以下几种。 1.1 轴承检测中存在的问题 车辆在匀速运行中,有段时间电机会处于惰行状态,此时联轴节、轮对、定子、齿轮箱在惯性下运动,如若此时机构之中没有故障发生,电机外壳会进行平稳的振动。如若机构中有缺陷出现在某些部件之中,那么电机的振动就会加强。其振动时域图上会表现出一定的周期性,且一般此振动周期为电机转动的倍数,此振动的幅值会变大很多;而且在这个振动时域图上,会有峰值出现在电机转动倍数出现的地方和其频域内。我们可以通过分析频域、振动的有效值及幅值来找出电机出现故障的地方。 1.2 运用工况对轴承的影响 在运行时,电枢轴在作用于列车的小齿轮上的径向力和向心力的驱使下产生了弯曲扭转变形,而轨道对轮和钢轨接头则对悬挂在动轮轴和转向架的牵引电机直接发出冲击;进而啮合情况在传动齿轮的穴蚀、掉块、剥离作用下进一步的恶化,在此情况下使轴承不得不承受非常大的循环与冲击载荷的作用。电机输出端的轴承在这些力共同结合而作用下就产生了轴承固死的现象。 1.3 轴承间隙及装配质量对轴承的影响 轴承间隙主要分为三大类,分别为工作间隙、装配间隙和自由间隙。轴承间隙的选择直接影响轴承的使用时间的长短,轴承间隙过大时,能够受力的滚子较少,那么受力情况就会恶化,反而轴承间隙过小时,此时轴承温升就会过高,那么就会烧损轴承。一般情况下,内外圈与轴承滚动体在工作负荷的影响下发生弹性变形,此种情况使工作间隙比原有装配间隙稍大。在实际的使用之中,轴承固死在间隙过小时的几率更高。而且相对于轴承使用寿命在轴承间隙稍大的情况下所受的影响而言,间隙过小所造成的经济损失和破坏作用往往要大得多。 1.4 润滑脂的选择与添加 轴承是否正常运转与轴承润滑好坏有直接关系,而且润滑脂在高温的情况下使用寿命会受到较大影响。滚珠、保持架、内环和外环在高质量的、适量的润滑脂作用下运转会更加灵活并且产生较少的热量。加脂方法是否正确和加脂量的多少对于轴承亦是很重要的。若高速运转时,装油量过多会使油阻增大,并且铿基脂在过度搅拌的情况下会出现油皂分离的现象从而使其变稀甚至流失。轴承在油量太少的情况下运行会因润滑质量不高而产生干磨的现象。 2 预防措施 为了确保列车轴承的良好质量与列车能够安全的运行,可以采取如下措施: 2.1 提前做电机轴承振动试验 在转向架、齿轮箱和不同的电机位置做振动测量,再对电机不同工况(不同的速度、加速或者减速等)下的状况,采集各种采样频率下的数据,对以上几种做分析对比,选出可以反映电机状况的适合测试方案,提前对电机轴承做振动试验,早发现问题早预防,以减小轴承固死发生的机率。 2.2 重视日常检查和保养 牵引电机轴承对于温度的要求很严格,其温度最好不得高于50 。当轴承出现故障时并不是都伴随着温度的升高,像滚动体及内外圈的点蚀、擦伤、剥离等现象,都是积少成多的渐变过程,是由量变到质变的发生,温度在很长的一段时间并不会升温很高,但是一旦出现温度升温过高轴承就会立马烧毁。为了确保安全,当发现异常声音、异常振动以及过热等现象时都要及时进行处理和报告检修。因此要格外加强和重视牵引电机的日常检查和维修。 轴承运转时所受力的大小会影响轴承检测超限情况,对于电机非驱动端的轴承来说,当其受力小时,超限的次数就会少,反而当其受力大时,那么超限的次数就会多,轴承受力及轴承内油润情况在很大程度上影响着列车的轴承检测参数超限的情况。在列车轴承的检修和日常保养过程中更应该注意列车轴承上受力大小所对应的轴承不同的加油周期:对于列车上那些受力大的轴承应缩短加油周期,反之对于列车上那些受力小的轴承而应该延长加油的周期。 2.3 对电机轴承所用油脂不断更新换代 更好的润滑效果的新产品润滑脂随着科技的发展不断的出现,不断对比润滑脂的应用使用做出比较试验选择适合轴 37 技术与市场技术研发第19卷第12期2012年

牵引电机轴承故障分析及控制措施

牵引电机轴承故障分析及控制措施 【摘要】牵引电机是机车走行部的重要关键部件，轴承则是牵引电机的重要部件之一，其性能直接影响机车的正常运行。当轴承发生碎裂、破损、烧结等故障时则严重影响机车的行车安全。因此控制牵引电机轴承故障发生率成了各大主机厂的重中之重。本文分析了内燃机车牵引电机轴承故障的一些主要原因，并提出了预防措施。 【关键词】内燃机车；牵引电动机；轴承；冲击报警 1 问题的提出 2013年我公司DF系列牵引电机厂内外轴承故障数为31起，其中厂内8起，厂外23起。 厂内轴承故障的现象为轴承振动报警和轴承温升报警，导致此类故障的原因有组装异物、轴承电蚀、窜油等，厂内轴承故障分布见图1。 厂外轴承故障的现象为轴承润滑脂混装，轴承剥离、轴承窜油、异物等现象。厂外轴承故障分布图见图2. 厂内发生轴承故障时需架车跟换轴承并重新上线验证，影响了公司交车节点，造成了重大返工；厂外发生轴承故障时电机则需返厂修。无论厂内还是厂外发生轴承故障，均给公司的造成了不少的经济损失，因此解决此类重大问题迫在眉睫，刻不容缓。 2 造成轴承故障的主要原因分析 2.1 轴承本身质量问题 轴承在拆包组装前就存在问题，如保持架铆钉有松动、保持架变形有磕碰伤、滚柱或滚道上有划痕、甚至轴承有锈蚀等现象。因轴承在新造时采用抽查方式，因此存在这些缺陷的个别轴承很有可能当成合格品装车使用，一旦装车使用必然会轴承报警。 2.2 组装不当导致轴承有磕碰伤 电机轴承组装时一般采用油压机将轴承外圈压入轴承室中，在压入过程中如果偏压，容易导致外圈变形，受损伤，更不可采用敲击的方法将轴承装入轴承室。轴承内圈和外圈滚柱装配时，如有偏斜容易在滚柱和滚道面上产生轴向擦痕，从而导致轴承运行时报警。 例如：DF11-0293机车陪试时发生一次34位轴承一级冲击报警，回厂后从

浅谈电力机车牵引电机的技术管理

浅谈电力机车牵引电机的技术管理 发表时间：2018-05-23T15:36:12.900Z 来源：《基层建设》2018年第4期作者：高中升[导读] 摘要：电力电子技术的发展促进了铁路机车的快速发展和改进，其技术不断更新，结构更加复杂，功能更加健全。中国铁路北京局集团公司石家庄电力机务段河北石家庄 050000 摘要：电力电子技术的发展促进了铁路机车的快速发展和改进，其技术不断更新，结构更加复杂，功能更加健全。但与此同时，对铁路机车中牵引电机的可靠性要求也随之增高，可靠性己经成为铁路系统中重要的安全考核指标。结合现场存在的问题，主要分析和研究牵引电机在设计和日常维护中的技术特点和要求，提出一些想法和建议，以期融入现有的管理模式当中，能够完善牵引电机的技术管理工 作，并为牵引电机今后的管理提供有效的参考方案。关键词：牵引电机；铁路机车；技术维护；运行状态相比于传统的直流传动机车而言，交流传动机车具有大牵引力、恒功率范围较宽、功率因数较高、粘着性能好及适应性强等显著优势，如今已经成为了我国电力机车的主流，未来有取代直流机车的趋势。作为电力机车的核心部件，牵引电机的运行条件和工作坏境十分恶劣，故障率较高，同时它对机车的整体安全运行有巨大的影响，直接关系到列车的安全行驶。所以，开展对牵引电机的相关研究具有重要的现实意义。 1 铁路机车常见故障类型铁路机车牵引电机的可靠运行与故障检测和诊断息息相关，了解铁路机车牵引电机和机车部件的常见故障类型，对牵引电机的设计及维护具有基础性的参考作用。铁路机车运行系统是一个复杂的动态系统，其零件繁多、结构复杂，在工作的过程中各个模块相互配合、有层次地协助。根据电力机车系统的特点，铁路机车的故障大致可分为以下四类：机械故障，转向架故障、车体故障、轮对故障、轴承故障等。电气故障，牵引电机故障、受电弓故障、主变压器故障、牵引变流器故障、高压隔离开关故障、高压连接器故障、高压电压和电流互感器故障、避雷器和车顶绝缘子故障、辅助电路故障、辅助变流柜故障、辅助电气设备故障、微机控制系统故障。空气管路与制动系统故障，风源系统故障、控制系统管路故障、辅助系统管路故障、制动系统故障。其他故障，烟火报警故障、温度湿度故障、蓄电池和照明等故障。 2 当前牵引电机的技术管理存在的主要问题铁路科技进步的步伐日趋加大，新技术、新设备不断引入，铁路的装备质量和现代化水平不断提高，但检修现场仍维持原有的作业模式，机械化作业水平低。更需指出的是，在牵引电机的制造引入新技术尤其是使用大功率交流牵引电机后，传统的检修方式也已发生变化，这对牵引电机的技术管理提出了新的要求。按照上级部门的要求，交流牵引电机的解体检修工作在C5修及以上高级修才会开展，今后机务段级的检修作业将取消牵引电机的解体作业，这对整个技术管理的体系来说，将是一个很大的变化，管理的重点也将发生转移，这也是在新形势下的一种新挑战。 2.1 规章制度不健全牵引电机的技术管理，需要对其组织机构以及相应的职责进行明确的划分，同时，也应当对履行职责的各个项点明确履行过程和标准。当前的管理模式是依据公司“源于国铁，优于国铁”的发展理念，结合多年的现场探索形成的，大多标准是口头约定的，未形成制度将之固定化。比如牵引电机的碳刷更换记录，应由谁来填写，填写哪些内容，如何保存记录等都没有制定文件进行约束和明确。 2.2 技术标准的建立受外部影响大经过常年运用经验的积累，对特殊牵引电机的检修标准已经摸索出规律，但对部分项目进行招标时，往往遇到物资部门的质疑。比如牵引电机碳刷的选型，经过制造厂试验和现场验证后，必须指定唯一的品牌型号。但是物资部门要求招标技术不能明确型号和厂家，经过修改后的技术标准明显降低了使用碳刷的质量，对运输生产造成了极大地影响。 2.3 对既定方案的实现较缓慢人员变动影响较大牵引电机出现碳刷压指压力偏小的问题，经过排查认定是刷握涡卷弹簧生产质量问题。后续倒追该配件的生产厂家、生产年月、批次都很快，但排查在牵引电机上的安装情况以及更换工作耗用了一个月的时问，这大大地降低了解决问题的效率，提高了该故障产生更高级别风险的概率，对现场是很不利的。执行既定方案进展较慢的原因有两个，一是排查该问题的安装情况耗时较长，主要是由于记录均为纸质记录，有些记录存放时问超过三年，查阅不便。二是更换工作进展缓慢，这主要是受制于运量压力，扣车难以兑现。无论是现场操作人员还是管理人员，当发生岗位变动后，新入职人员往往进入角色较慢，存在一定的适应期，甚至出现遇到以往常见的故障也不会处理的情况。人员岗位变动，伴随着原来积累的经验也随之离开，后续人员很难全部继承，只能逐步积累，影响正常的管理过程。 3 牵引电机的技术管理建议 3.1 强化技术管理机构，提升技术标准的权威性强化现有技术管理机构的技术管理职能，离不开高素质尤其是综合技术管理能力突出的人才。健全技术管理体系，配备技术管理人员，辅以相应的配套政策等，多管齐下，是强力推进技术管理工作的有效途径。同时，加强技术管理工作也应该重视现场优秀技能操作人才的作用，利用好这些经验丰富和操作技能熟练的专业人才，能够有效地支撑技术管理的稳步提升。在重视人的作用的同时，应当重新梳理现有管理流程，对缺失的、过时的技术标准进行增补和修订，完善技术管理体系。建立技术管理委员会或是技术标准评审委员会，对现有技术标准进行审核发布，提升技术标准的权威性，保证其可靠地贯彻执行。 3.2 重视新技术、新设备的引入中国铁路发生了巨大的变化，尤其复兴号动车组列车的成功运营，具有中国铁路科技创新里程碑的意义。整个行业都十分重视科技创新，而对于牵引电机而言，现有的工装设备均为一多年前的产品，设备老化、技术陈旧是不争的事实。多方调研，学习行业领先的先进技术和手段。采纳行业先进技术提升既有设备的质量，保证技术标准的落实，提升产品的质量。不仅如此，利用微信、QQ等软件，或是专用手机、一体机等订制产品，可以将原有“教条”的流程打破，加强通讯沟通，丰富联系沟通方式，缩短处理时长，提高生产效率。尝试与国内优质设备生产企业沟通，对既有设备更新换代。利用先进的设备对牵引电机的进行检修，排除人为干扰，降低人力成本和提高生产效率。积极参与业内技术交流，尤其是与国内优秀团队之间的交流。结论

三相异步电动机的机械特性分解

三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 5.1三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速、转 差率存在下列关系，即 （5.1）

则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速 和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩 与转差率之间的变化规 律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率

因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表5.1所示。 根据表5.1中的分析，可作出曲线、和 分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲 线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，， 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线， 电磁转矩 较大时 ()，如，减少近一 称为直线部分；当 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电 不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段， 流 段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的 性在某转差率 转矩为 称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 5.1.2机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导：

定子叠频法在异步牵引电机型式试验中的应用参考文本

定子叠频法在异步牵引电机型式试验中的应用参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

定子叠频法在异步牵引电机型式试验中 的应用参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 采用定子叠频法进行异步牵引电机热试验，介绍了定 子叠频法的基本工作原理，研究了合成磁场与主副电源参 数之间的函数关系，明确了采用定子叠频法进行电机加热 的调节规律并阐述了具体的试验调试方法，较好地解决了 采用传统试验方法进行温升试验难以满足异步牵引电机超 速试验要求的难题。 异步牵引电机超速试验需要在热状态下进行，目前在 工厂试验条件下的电机加热方法主要有直接负载法加热， 烘焙加热，等效负载法。使用直接负载法由于能耗类负载 耗能大、经济性差等因素现在已很少使用，被普遍采用的 热试验方式是通过联轴器将被试电机与陪试电机机械连接

实现对拖升温，但是对于已压装或热套联轴器的电机来说，在加热稳定后难以在极短时间内迅速将其拆除并脱离陪试电机，此外受陪试电机型号，转轴系同轴度以及转动惯量的影响，也无法让陪试电机实现同步超速。对电机进行整体烘焙容易造成轴承内油脂迅速稀释流失，若将电机解体只烘焙定子部分，则加热后的电机在装配后又会冷却，均难以达到超速试验要求。本文采用定子叠频法进行异步牵引电机加热试验，以满足热态下的超速试验要求。 试验原理分析 定子叠频法热试验主接线图如图1所示，其核心思想是将两种不同频率的主电源和副电源串联后作为被试电机M的供电电源，在被试电机绕组上产生类似于直接负载法的损耗从而达到加热的效果。一般主电源选择频率为50Hz 的工频交流电源，为确保被试电机在额定电压下的运行，主电源电压等级与被试电机相同，副电源频率一般低于主

牵引电机悬挂方式

牵引电机的三种悬挂方式 动力车和机车的牵引电机是通过传动装置驱动轮对的，牵引电动机悬挂，是指牵引电动机的安装方式。牵引电机和传动装置在动力车上有不同的悬挂方式，常用的悬挂方式有以下三种：抱轴式悬挂，车体悬挂，转向架悬挂。轴悬式又称牵引电动机半悬挂，架悬式和体悬式又称牵引电动机全悬挂。以下就这三种悬挂方式的结构、工作原理和优缺点进行介绍。 一、抱轴式悬挂 1、定义 牵引电动机抱轴式悬挂，或称半悬挂（traction motor semi-suspension）：牵引电动机的一端通过抱轴承刚性抱合在车轴上，另一端弹性悬挂在转向架构架的横梁或端梁上的安装方式。牵引电动机质量的一半支悬在构架上，为簧上质量，故称半悬挂。牵引电动机的另一半质量压在车轴上，为簧下质量。 2、结构图 左图为弹性轴悬式牵引电机 1—牵引电动机；2—车轴；3—空心轴； 4—抱轴承；5—大齿轮；6—弹性元件。 3、工作原理 固装在牵引电动机电枢轴上的小齿轮与固装在车轴上的大齿轮组成一级减速装置，牵引电动机驱动车轴回转。借助于抱轴承的定位作用，保证了牵引电动机电枢轴与车轴平行，且大小齿轮的中心距保持不变，保证了大小齿轮的正常啮合。 弹性轴悬式也属于牵引电动机半悬挂（轴悬式）。弹性轴悬式的结构与刚性轴悬式相似，见上图。牵引电动机的一端弹性支在转向架构架上，另一端通过抱轴承支承在空心轴上，此空心轴套装在车轴的外面，从动大齿轮固装在空心轴端部，空心轴两端通过弹性元件支承在轮心上，牵引电动机输出的力矩通过小齿轮传至大齿轮，通过空心轴、弹性元件传至轮对，空心轴与车轴一同旋转。装在轮心上的弹性元件，既要支承牵引电动机约一半的重量和空心轴及大齿轮的全部重量，还要传递牵引电动机通过大齿轮传来的力矩。 4、优缺点 （1）优点：牵引电动机半悬挂由于结构简单、工作可靠、制造容易、成本低廉、维修方便等优点，在电传机车上得到广泛应用。弹性轴悬式牵引电动机只要存在一点弹性，来自钢轨的硬性冲击，经过弹性元件的缓冲，使抱轴承及牵引电动机的垂向加速度大为减小，改善了牵引电动机的工作条件。牵引电动机的力矩经弹性元件传至轮对，改善了牵引齿轮副的工作条件。 （2）缺点： ①簧下质量大，因而轮轨垂向动载荷大。 牵引驱动装置中的大齿轮全部质量以及牵引电动机、小齿轮和齿轮箱等约一半的质量是压

牵引电机知识

HXD3机车牵引电机 1 牵引电机的特点及参数 1.1 概述 YJ85A型电机是逆变器供电的三相鼠笼式异步牵引电机，其整机图片见右图。该机为滚包结构，单端输出；采用 强迫外通风，冷却风从非传动端进 入，传动端排出；采用三轴承结构， 三个轴承均为绝缘轴承；在二端盖 处设有注油口，使用中可补充润滑 脂。 1.2 牵引电机的工作特点 牵引电机是机车的重要部件， 它安装在转向架上，通过齿轮与轮 对相连。机车在牵引运行状态时， 牵引电机将电能转化成机械能，通 过轮对驱动机车运行。机车在制动 状态运行时，牵引电机将机械能转 换成电能，此时机车处于发电状态。图1 YJ85A牵引电机整机图片牵引电机的工作条件十分恶劣：负载变化大，冲击和振动严重，恶劣的风沙、雨雪气候、受酸碱性气体影响侵蚀严重。对于交流变频调速异步牵引电机来说，还有一个特殊之处，就是要在PWM波调制、含有大量谐波和尖峰脉冲的、非标准的正弦波电源供电下工作。 机车在云相中，牵引电机要在启动、爬坡这样的大电流状态下运行；要在平之路上轻载高速下运行；要过弯道、过道岔这样的冲击和振动状态下运行；还要能适应沿海多雨潮湿、内地干燥风沙的环境。 1.3 牵引电机的设计要求 此处省略许多 ·外锥齿轮输出：由于电机的扭矩较大，采用锥柄齿轮将使转轴的内锥孔加工困难，本电机采用外准齿轮输出，该结构由德国的VOITH公司设计，在欧洲和美国有运行经验，证明轴与齿轮的强度是安全可靠的。 ·耐电晕绝缘材料的采用，是针对PWM波调制的供电电源下工作的交流变频调速异步电机，为仿制绝缘失效所采取的一项有效措施。这是经过实验室实验证明和其他多种电机的多年生产经验证明的。但是本机车的PWM波调制的电源由于开关频率较低，供电电源的谐波和尖峰脉冲含量较小，电机的主绝缘系统未

三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特 性 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。 固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （）

则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （） 式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功

率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表所示。 根据表中的分析，可作出曲线、和分别如图、、所示，据此可得出图所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时 ()，如，减少近一 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导：

三相异步牵引电动机的效率计算

三相异步牵引电动机的效率计算 参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》，以YQ-420型牵引电动机效率计算为例，介绍了三相异步牵引电动机的效率计算方法。 标签：三相异步牵引电动机；效率；计算。 0 引言 从节约能源，保护环境出发，高效异步电动机是目前国际发展的趋势。随着我国地铁和城市轻轨的快速发展，“绿色、节能、环保、安全”成为城轨车辆市场竞争的主题，而作为城轨车辆的心脏-电动机，也面临国际社会的巨大竞争压力和挑战。从国际和国内发展趋势来看，开发高性能异步电动机是必要的，而电动机的效率又是衡量电动机性能好坏的重要技术经济指标之一。效率计算作为电动机型式试验中重要试验之一，通常都是参照GB/T 1032-2005《三相异步电动机试验方法》中的方法进行计算，本文将以YQ-420型牵引电动机型式试验中效率计算为例，参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》中的损耗分离法和圆线图法，介绍三相异步电动机的效率计算方法。 1 概述 YQ-420型异步牵引电动机是南车株洲电机有限公司生产的安装在动车组检测车上的4极鼠笼式三相感应电动机，它采用强迫通风冷却方式（28m3/min）， 额定功率是420 kW。正弦波电源供电型式试验采用代用额定电压880V，代用额定电流130A，代用额定频率50 Hz，代用额定转速1457r/min进行试验。要进行效率计算，首先需测量牵引电动机定子绕组的冷态电阻，再进行负载试验和空载试验，测试出相应的参数后，根据相应的公式进行效率计算。 2 计算方法 2.1 冷态电阻的测量 将YQ-420型电动机放置在室内并在稳定的环境温度中持续24小时以上，当绕组温度与环境温度之差不超过2K时，测量电机定子绕组的三相直流线电阻 值R UV=0.1446Ω、R VW=0.1447Ω、R UW=0.1446Ω，环境温度θ1=16.6℃。按式（1）和式（2）计算相电阻值R0。 R0=R med-R vw（1）

11A01型电动列车牵引电机轴承故障分析与预防性维修

摘要：牵引电机是地铁列车上最重要的设备之一，其工作的可靠性对整列车的正常运行有决定性影响。电机长期运行后容易发生各类故障，如何及时地对故障原因作出准确判断并进行相应的处理，是防止电机故障扩大化、保证列车正常运行的一项重要工作。本文通过对11a01型电动列车牵引电机轴承故障的案例分析，提出轴承故障的预防性维修措施。 关键词：牵引电机；轴承故障；预防措施 引言 牵引电机是轨道交通列车传动系统的主要设备，电机轴承又为牵引电机的重要部件之一。轴承负荷较大，除承受重量外，还要承受牵引力或制动力以及相当剧烈的轮轨冲击与齿轮啮合不良等引起的附加负荷。轴承故障极易造成电枢卡死而使机车无法牵引，区间停车的恶劣后果。因此，保证牵引电机轴承质量良好，是确保运输畅通的必要条件之一。11a01型电动列车在运行过程中，发现牵引电机轴承异声故障。经过进一步检修发现轴承故障，及时采取预防性维修措施，保证了地铁车辆的安全运营。 1、故障概述 2015年2月20日，1108#列车在枫桥路上行mp2车底有异味。待列车运营至龙华上行清客完毕后日检人员上车确认该车轴3牵引电机卡死，将电机联轴节松开后列车回库。根据vcu 故障记录显示，mp2车存在牵引严重故障，进一步检查确认mp2轴3牵引电机已完全卡死无法转动，电机温度贴片已达到贴片最大值，随即决定架车更换该车牵引电机。 经过该次事件，11号线对所有列车的牵引电机状态集中展开了一次普查和故障数据搜集、分析工作，在检查和汇总过程中发现在正线运营或检修中多列车牵引电机出现堵转、异声、焦味等故障。 2014年11a01型牵引电机故障发生数为18次，平均1.5次/月；而2015年牵引电机故障数量明显上升至64次，平均5次/月。在此基础上，以2015年所有故障数据为样本，进一步统计故障主要分布情况，如下图所示。 从上图可见，11a01型电动列车牵引电机故障主要集中在总成部分，其中电机异声发生36次，占总数的62%；电机渗油为18次，占总数的31%；其他原因4次，占总数的7%。可见，牵引电机故障率正在呈逐渐上升趋势。 牵引电机是机车走行部的重要关键部件，轴承则是牵引电机的重要部件之一，其性能直接影响机车的正常运行。当轴承发生碎裂、破损、烧结等故障时则严重影响机车的行车安全。 2、11a01型电动列车牵引电机轴承异声原因分析 通常电机运行中存在异声的故障原因与许多因素有关系，如定子和转子的槽楔或绝缘纸相摩擦；轴承磨损或者是油内、滚道内、滚体面粘附砂粒等异物；铁芯存在松动；轴承缺油或油量不足；风道填塞、风扇摩擦风罩；电源电压过高或定子绕组之间短路、错接等。 对于轴承损坏，从其本身来看也可能与这几方面有关：1）轴承有划痕、毛刺、飞边；2）轴承保持架铆钉松动、断裂；3）轴承内、外圈椭圆度超差；4）轴承转动不灵活、卡滞。 11a01型电动列车原采用西门子ral7012型牵引电机，驱动端和非驱动端轴承品牌均为fag的滚动轴承。在电机出现故障后及时准确地分析故障原因才能采取相应的预防措施来降低故障发生几率，确保设备正常运行，减少故障隐患。 2.1三相线屏蔽层失效引起轴电流 考虑到近一年牵引电机故障发生频率较高，11号线曾委托西门子公司对轴承进行检测，在拆开被检查列车的牵引电机轴承后可以发现几乎所有滚子都有发黑的现象，其中个别滚子还有剥落等其他现象。另据西门子提供的检测报告来看，所有轴承的径向间隙都接近允

焦化厂电力机车牵引

焦化厂电力机车牵引 一、直直型电力机车工作原理 1、基本工作原理 直直型电力机车通常称为直流电力机车，是现代电力机车最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机。目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。 图2-1所示为一般工矿用四轴直流电力机车的工作原理示意图。工作过程为：机车由受电弓AP从接触网取得直流电，经断路器QF、起动电阻R向四台直流牵引电动机M1～M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。当四台牵引电动机接通电源后即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。 图2-1直流电力机车工作原理图 2、直流电力机车的特点 通过分析直流电力机车的工作原理，可以得出直流电力机车具有以下特点： (1)机车结构简单，造价低，经济性好。 (2)采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便。 (3)控制简单，运行可靠。 (4)供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500～3000V。传输一定功率时电流较大，接触网导线耗电量较大，因此供电效率低。 (5)基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。 (6)有级调速。由于早期机车使用调压电阻起动、调速，因此调节过程中有能量损耗使

效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技术的发展，应用直流斩波技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。 综上所述，直流电力机车由于受牵引电动机端电压的限制，网压不可能太高，从而限制了机车功率的进一步提高。随着现代铁路运输事业的发展，直流电力机车显然已不适应干线大功率的要求。一般应用于工矿及城市交通运输。 3、直流电力机车的基本特性 直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性、牵引力特性、牵引特性。 在以前的课程中，我们已经了解了直流串励电动机的转速特性、转矩特性和效率特性。在研究电力机车的运行行为时，需将电机转速n换算为机车动轮轮周的线速度V、电机的转矩M换算为机车动轮轮周的牵引力F，从而得到机车的速度特性、牵引力特性和牵引特性。1）速度特性 机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系，称为机车速度特性。即V=f(I a)。机车速度特性计算公式的推导过程如下： 机车动轮轮周线速度V与电机转速n有下面关系： (1-1) 电机转速公式： (1-2) 由式(1-1)、式(1-2)得出机车速度特性计算式： (1-3) 式中CV——机车常数，其值为CV=60 Ceμc /πD; D——机车动轮直径(m); μc——机车齿轮传动比; UD——牵引电动机端电压(V); Ia——牵引电动机电枢电流(A); ΣR——牵引电动机回路总电阻(Ω); Φ——牵引电动机每极磁通量(Wb);

第十一章 三相交流牵引电机

第十一章三相交流牵引电动机简介无换向器的三相交流电动机在制造成本、单位功率重量、运行维修等方面、比有换向器的直流电动机有一系列优点，特别是三相异步电动机结构最为简单、工作最为可靠以及具有优越的防空转性能。近30年来，由于电子技术特别是大功率晶闸管变流技术的迅速发展，研制出体积小、重量轻、功率大、效率高的变流装置——静止逆变器，作为三相交流电动机的变频电源，使三相交流牵引电动机在铁路电力牵引中的应用取得了突破性进展。 由三相交流电动机的优点和直流电动机在牵引运用方面长期积累的经验以及电力交流技术的成就三者完美结合，而研制出来的新型三相交流电传动机车具有更大的牵引能力、更好的牵引特性和更高的经济技术指标。因此，从发展远景来看，它将在未来牵引传动中占据主导地位。 本章结合机车牵引特点，对三相异步牵引电动机和晶闸管同步牵引电动机的运行原理及结构特点作一些介绍。 第一节三相异步牵引电动机 一、异步电动机变频运行的机械特性 由异步电机原理可知：在一定的电压和频率下，异步电动机的机械特性如图11-1所示。 图11-1 一定频率和电压下异步电动机的机械特性 当异步电机作为电动机运行时，电机在0＜S＜1范围内运行，图中S m为电动机最大转距太时的临界转差率。其中：S=0-S m。一段是电动机的稳定运行范围；当S＞S m后，电动机的转矩将明显减少，使电动机转速越来越低，直到停转。所

以S=S m --1一段是电动机不稳定运行区。异步电动机在不同频率人下的机械特性 曲线形状都相似，但其机械特性稳定运行的调速范围和最大转矩值是不同的，这 种变化可用最大转矩和对应的临界转差率来表示。由第九章已推导出三相异步电动机最大转矩为： []22 1 2 1 1 1 2 1 ) ' ( 4 3 δ δ πx x r r f pU T m + + + =(11-1) 当 σ σ χ χ γ 2 1 1 ＋ ππ时忽略 1 γ，则： ()σ σ χ χ π2/ 1 1 2 1 4 3 + = f pU T m （11-2）对于结构一定的电机，式（11-2）可写为： 2 1 1 T?? ? ? ? ? = f U K T m （11-3）由式（11-3）可见，异步电动机的最大转矩与 2 1 1 ?? ? ? ? ? f U 成正比。若变频调速是在U1为常数条件下进行，则T m随f12成反比例变化，其机械特性变化如图11-2所示。 图11-2 一定电压、不同频率时异步电动机的机械性能 图11-3 一定气隙磁通、不同频率时异步电动机的机械性能