SS4G型电力机车常见故障分析及其处理措施Word文件下载.docx
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前言……………………………………………………………………………………3
一、牵引电动机概述……………………………………………………………………4
（一）电力机车牵引电动机工作原理认知…………………………………………4
（二）SS4G电力机车牵引电动机的结构组成………………………………………5
1.定子………………………………………………………………………………6
2.转子………………………………………………………………………………8
3.电刷装置……………………………………………………………………………9
4.电枢轴承和抱轴轴承………………………………………………………………9
二、SS4G牵引电机的一般特性………………………………………………9
一、牵引电动机的传动与悬挂方式
1个别传动
2组合传动
二、牵引电动机的工作特点
三、ZD105A型牵引电动机的维护保养…………………………………………10
四、SS4G型电力机车常见故障处理办法……………………………………………14
总结………………………………………………………………………………24
致谢……………………………………………………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………………26
前言
1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。
最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比，他于1834年前后成了一种简单的装置：
在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。
通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。
牵引电机，在机车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。
牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。
牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。
直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。
牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：
空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；
在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；
大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;
在恶劣环境中运用,雨、雪、灰沙容易侵入等。
因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。
牵引电动机有两种悬挂方式。
一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。
采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。
抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。
另一种是架承式悬挂（或称全悬挂）。
采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。
架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。
机车在运行途中发生主回路接地跳主断路器，是SS4型电力机车较为常见的故障之一，而机车牵引电机工作环境较为恶劣，是主回路中最为薄弱的环节，且易发生接地，本论文着重讨论牵引电机的接地故障。
第一章牵引电动机概述
1.1电力机车牵引电动机工作原理认知
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。
直流电机具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。
作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；
作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。
图1-1所示为一台直流电机简单模型图。
N、S为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流，便形成一定极性的磁极。
图1-1直流发电机工作原理
在两个主磁极N、S之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。
换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝缘），随转轴一起转动，整个转动部分称为电枢。
为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固定不动的电刷A和B，并压在换向器上，与其滑动接触。
1.2SS4G电力机车牵引电动机的结构组成
脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同，主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。
定子的作用是产生磁场、提供磁路和作为牵引电动机的机械支撑，由机座、主磁极、换向极、端盖和轴承等部件组成；
转子的作用是产生感应电势和电磁转矩，从而实现能量转换，由转轴、电枢铁心、电枢绕组和换向器等部件组成。
转子通过电枢轴承与定于保持相对位置，使两者之间有一个间隙，称为空气院。
此外，脉流牵引电动机还有一套电刷装置，电刷和换向器接触，以实现电枢电路与外电路的连接。
脉流牵引电动机由于发热严重，换向困难，所以它的某些部件具有特殊的结构型式。
图1-2所示为SS4型和SS4改型电力机车采用的ZD105型脉流牵引电动机的纵、横剖面图。
图1-2ZD105型牵引电动机结构图
（a）纵剖面图;
（b）横剖面图.
1-电枢；
2-油杯；
3-刷架圈定位装置；
4-油管夹；
5-前端盖盖板；
6-排油管；
7-前端盖；
8-轴承；
9-前端轴承盖；
10-前端外盖；
11-封环；
12-电枢支架；
13-螺栓；
14-弹簧垫圈；
15-螺栓；
16-弹性垫圈；
17-螺栓；
18-刷架装置；
19-螺栓；
20-弹簧垫圈；
21-定子装配；
22-后端盖网孔盖板；
23-预成型后支架绝缘；
24-后端盖；
25-电枢支架；
26-后端内轴承盖；
27-封环；
28-挡板；
29-螺栓；
30-止动垫圈；
31-后端轴承盖；
32-上抱轴瓦；
33-下抱轴瓦；
34-上观察孔盖；
35-刷握装置；
36-补偿绕组；
37-轴；
38-开口销；
39-主极一体化装配；
40-出线盒；
41-接线板；
42-绝缘板；
43-螺栓；
44-弹簧垫圈；
45-油箱；
46-键；
47-换向极一体化装配；
48-下观察孔盖；
49-吊杆座；
A-F级填充泥或硅橡胶密封胶。
一、定子
1.机座
机座兼起机械支撑和导磁磁路两个作用。
它即用来作为安装电机所有零件的外壳，又是联系各磁极的导磁铁轭。
图1-3牵引电动机机座形状
（a）方形机座；
（b）圆形机座；
（c）主极线圈压形后，空间利用较好的圆形机座
2.主磁极
脉流牵引电动机的主磁极（简称主极）是用来产生主磁场的，它由主极铁心和主极线圈两部分组成，如图1-4所示。
图1-4主极结构
1-主极铁心；
2-铁心端板；
3-主极线圈；
4-铆钉；
5-铁心心柱；
6-补偿绕组槽；
7-主极线圈接头。
3.换向极
脉流牵引电动机的换向极用来产生换向磁场以改善电机换向性能，由换向极铁心和换向极线圈两部分组成。
4.补偿绕组
为了改善脉流牵引电动机的换向，提高电机运行的可靠性，大容量的脉流牵引电动机设置了补偿绕组。
补偿绕组跨嵌在相邻两个主极极靴槽内，其安装情况如图1-5所示。
图1-5补偿绕组
2-补偿绕组；
3-槽锲
5.绕组接线
为了便于调节牵引电动机的磁场和改变牵引电动机的旋转方向，总是将主极线圈单独接成一个电路，用电缆直接引出；
换向极线圈、电枢绕组及补偿绕组串联成为另一个电路，另外用电缆引出，引出电缆的端头装有管形的铜接头。
如图1-6所示。
图1-6ZD105型牵引电动机绕组接线图
（a）换向器端；
（b）非换向器端。
二、转子
1.转轴
转轴是牵引电动机中工作最困难的部件之一，因为它不仅要传递牵引电动机产生的巨大转矩，而且还要经常承受很大的冲击载荷（特别是抱轴式牵引电动机），此时转轴将利用弹性变形来吸收大部分的冲击力。
其弹性变形虽然不大，但经常反复变形会使转轴的材料产生疲劳，甚至出现裂纹或折损。
同时，转轴上还安装着电枢铁心、换向器、滚动轴承内圈和小齿轮等零部件，使转轴经常存在着内应力。
所以，用来制造转轴的钢材必须具有很高的机械强度和足够的韧性。
电力机车牵引电动机的转轴采用优质合金钢，如铬锰钢和铬铝钢等。
2.电枢铁心
电枢铁心是牵引电动机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的部件。
在电枢铁心圆周表面均匀开有电枢槽，槽内嵌装电枢绕组。
由电枢铁心和电枢绕组构成了脉流牵引电动机的电枢，电枢绕组中流过电流，在磁场中受到电磁力的作用，使电枢旋转，把电能转换成机械能。
可见它们是牵引电动机中实现能量转换的枢纽，因此称之为“电枢”。
图1-7电枢冲片
1-电枢槽；
2-通风孔；
3-标记孔；
4-轴孔；
5-键槽。
3.电枢绕组
电枢绕组是脉流牵引电动机实现能量转换的部件，把电枢线圈嵌放在电枢铁心圆周的电枢槽中，按一定规律与换向器连接起来就构成了电枢绕组。
4.换向器
换向器是直流和脉流牵引电动机特有的重要部件，其作用是在发电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷间的直流电势；
在电动机状态下将输人的直流电流逆变成电枢绕组中的交变电流，以产生单方向的电磁转矩。
电机运行时，换向器既要通过很大的电流，又承受各种机械应力。
换向器工作情况的好坏，直接影响着电机的运行性能。
图1-8换向器结构
1-换向片；
2-绝缘套筒；
3-云母片；
4-升高片；
5-V形云母环；
6-换向器套筒；
7-转轴；
8-键；
9-换向器螺栓；
10-压圈。
3、电刷装置
脉流牵引电动机的换向器端装有电刷装置，其作用是使转动的电枢绕组与外电路连接起来。
电刷装置由电刷、刷握、刷握架、刷杆和刷架圈等组成，如图1—88所示。
电刷装置的结构和电刷的性能对牵引电动机换向性能影响很大，为了保证良好的换向效果，电刷装置应满足以下要求：
1.电刷应有良好的集流性能和换向能力。
2.刷握在换向器轴向、径向和切线方向位置都能调节。
轴向调节是为了保证电刷处在换向器中央部位；
径向调节是为了保证刷盒底面与换向器表面的距离；
圆周方向调节是为了保证电刷准确地处在主极中心线上。
3.电刷和换向器工作表面应保持紧密和可靠的接触，电刷压力稳定并保持均匀不变。
4.电刷装置应具有较高的机械强度，并能承受振动和冲击。
5.刷杆等绝缘零件应有较高的介电强度，不因受潮、受污而造成闪络或飞弧故障。
四、电枢轴承和抱轴轴承
1.电枢轴承
脉流牵引电动机的转子通过两个电枢轴承和端盖支撑在机座上。
现代牵引电动机大都采用承载能力大的滚柱轴承。
2.抱轴轴承
抱轴式悬挂牵引电动机的抱轴轴承是指将电动机支承在动轮轴上的凸出结构，可采用滑动轴承或滚动轴承。
在目前技术条件下，动轮轴上安装滚动轴承还有困难，所以一般采用滑动轴承。
第二章牵引电动机的一般概念
牵引电机的安装和一般常见的电机不同，不是用地脚螺丝钉固定在基础上，而是用悬挂的方式安装在机车上，并通过齿轮传动装置驱动机车轮对使机车行驶。
因此，必须考虑到机车结构特点和运输要求，合理的选择传动和悬挂方式。
同时传动和悬挂方式也对牵引电动机的总体结构和外形尺寸起着制约作用。
牵引电动机的传动方式通常可分为个别传动和组合传动两种。
1.个别传动
个别传动是目前国内外应用最广泛的传动方式。
所谓个别传动是指一台牵引电动机只驱动一个轮对，它是借助电机轴上的小齿轮驱动轮对轴上的大齿轮来实现机车牵引运行的。
个别传动有抱轴式悬挂、架承式悬挂两种悬挂方式
抱轴式悬挂
抱轴式悬挂是指牵引电动机一侧通过滑动轴承抱在机车动轴承上，另一侧通过弹性缓冲装置悬挂在机车转向架的横梁上。
这种悬挂的牵引电动机，其重量约般是直接压在机车动轮轴上，称为簧下重量；
另一半通过转向架经轴箱弹簧压在轮轴上，称为簧上重量。
故这种悬挂方式有时也称为半悬挂。
抱轴式悬挂结构简单、检修方便、成本较低。
但由于这种悬挂方式牵引电动机一般重量直接压在机车动轮轴上，呈刚性连接，使机车与钢轨之间的动力作用直接传到牵引电动机，影响牵引电动机的正常工作。
此外齿轮传动比由于受电机轴和轮轴之间中心距离的限制，使电机尺寸也不能任意选择，限制了机车功率和速度的提高，一般适用于速度不超过120km的客、货两用机车
架承式悬挂
所谓架乘式悬挂就是将牵引电动机完全固定在转向架上，这样，牵引电动机的全部重量都成为转向机减震弹簧上的重量。
因此线路动力作用对牵引电动机工作的不良影响将大大减少，克服了抱轴式悬挂的缺点。
但这种悬挂方式由于牵引电动机是簧上部分，在机车运行过程中牵引电动机的转轴中心线与机车动轮轴中心线会产生较大的相对移动。
为此必须改变传动结构，牵引电动机转轴和机车动轮轴之间装置弹性的或联轴节式的传动构件。
通常不再将小齿轮（主动齿轮）直接装在电机转轴上，而是通过两个滚柱轴承装在齿轮箱上，并与装在机车动轮轴上的大齿轮相啮合。
这时，牵引电动机的转轴和小齿轮之间必须采用联轴节传动
1采用球面齿式连接轴的架乘式悬挂
采用球面齿式连接轴的架乘式悬挂这种传动方式应用在我国地铁电动车辆上。
牵引电动机全部悬挂在机车转向架上，他是在牵引电动机机座一侧的上方有两个悬臂，下方有一个支承，均用螺钉固定在转向架上，呈三边半悬挂，牵引电动机转轴传动端与球面齿式联轴节相连，及电机转轴上安装球面齿轮，该球面齿轮传动联轴节内齿圈，内齿圈又传动小齿轮轮轴上得球面齿轮，再传动小齿轮（装在齿轮箱内），最后传动大齿轮以驱动机车行驶。
这种传动方式的优点不仅仅解决了机车运行过程中牵引电动机的转轴相对于机车动轮轴有位面移动的问题，同时由于小齿轮不直接装在电机转轴上，故小齿轮和它的轴可以做成一个整体，从而减少小齿轮的齿数以提高机车的速度和减轻电动机的重量
这种传动方式的缺点是由于联轴节占用了空间使电机轴向尺寸缩短，故不适用于大功率干线机车中的牵引电动机。
2.采用空心轴传动的架乘式悬挂
大功率牵引电动机可采用空心轴传动的架乘式悬挂，空心轴传动可分为电枢空心轴和动轮空心轴两类。
采联轴节用电枢空心轴传动的架乘式悬挂方式是将电动机的转轴做成空心的，该空心轴通过球面齿式与动轮轴相连，传动轴穿过空心轴的内腔，将转矩传给小齿轮（装在齿轮箱内）。
由于利用了电机空心轴内腔的空间，节省了联轴节所占据的电机轴向空间，故电机可以充分利用轴向长度尺寸，以提高牵引电动机的功率。
电枢空心轴传动方式适用于车速不超过160km的准高速客运机车。
采用轮轴空心轴传动的架乘式悬挂方式由套在轮轴外的空心轴及两端的六连杆万向节组成，牵引电动机是全悬挂，安装在转向架横向中线线上，小齿轮热套在电机轮轴上，大齿轮通过滚动轴承装在空心轴的轮套上。
电动机的转矩传送到大齿轮上后，由万向节1通过空心轴和万向节2传递给车轮2，再经车轴传给车轮1，驱动机车行驶。
这种传动装置结构复杂，但传动功率大，工作可靠。
由于传动齿轮箱支承在转向架构架上，簧上重量显著减轻。
轮轴空心轴传动方式适用于车速在220~250km的高速客运机车
个别传动的主要特点是当一台牵引电动机发生故障时，可以单独切除，不会影响其他电机工作，而且充分利用了机车下部空间，所以得到广泛应用。
但是，由于各轮轴间没有直接的机械联系，个别轮对容易空转，从而使机车的黏着牵引力降低。
2组合传动
组合传动就是每个转向架上只安装一台牵引电动机（这种转向架称为单电机转向架），通过变速齿轮装置驱动该转向架的每一根动轮轴，组合传动装置的结构比个别传动装置复杂，但由于组合传动具有其特点而受到重视，干线电力机车随着铁路运输重载高速的不断发展，充分要求利用机车每一轮对的黏着重量，以实现最大的黏着牵引力，在这种情况下，就倾向采用组合传动。
组合传动还有利于降低牵引电机单位功率的重量，因此组合传动相当于把几个轮对上的较小功率的牵引电动机合并为一台大功率的牵引电机，电机功率越大，其重量指标（即每kw功率的重量）越低，在相同容量下，电机的造价也将降低。
此外，采用组合传动还可以将传动齿轮进行不同的搭配来改变传动比，这样就可以实现同一台机车既可以成为高速客运列车，也可以作为牵引力大的低速货运机车，使机车和牵引电机具有通用性。
二、牵引电动机的工作特点
直流和脉流牵引电动机的工作原理和普通直流电动机是一致的，其基本机构也相似。
但是。
牵引电动机的工作条件与直流电动机相比则有很大区别，因此牵引电动机在设计、机构、材料、绝缘、工艺等方面都要特别慎重。
牵引电动机工作的主要特点是：
1使用环境恶劣
由于牵引电机安装在车体下面，直接受到雨、雪、潮气的影响，机车运行中掀起的尘土也容易侵入电机内部。
此外，由于季节和负载的变化，还经常受到温度和湿度变化的影响。
因此，电机绝缘容易受潮、受污，对其性能和寿命产生极为不良的影响。
所以，牵引电机的绝缘材料和绝缘结构应具有较好的防潮，防尘性能及良好的通风、散热条件。
2外形尺寸受限制
牵引电动机悬挂在车体下面，其安装空间受到很大的限制，轴向尺寸受轨距限制，径向尺寸受动轮直径的限制。
为了获得尽可能大的功率，要求牵引电机结构必须紧凑，并采用较高等级的绝缘材料和性能较好的导电、导磁材料。
3动作力大
机车运行通过钢轨不平顺处，因撞击而产生的动力作用会传递给牵引电动机，使牵引电动机承受很大的冲击和振动。
4换向困难
直、脉流牵引电机换向困难的原因除了受机械振动力方面的影响外，还有电器方面的原因，如牵引电动机经常启动、制动，此时电流可达额定电流的两倍；
当机车在长大坡道上运行时，电动机将长时间处于过电流状态；
当机车高速运行时，采用深的磁场削弱使气隙磁场畸变增大；
电网电压波动使电动机端电压升高等，这些都将造成牵引电动机换向困难。
脉流牵引电机的电流为脉动电流，除了直流分量外，还有一定的交流分量，电磁交流分量的存在将使电机换向更为困难，致使换向火花增大甚至环火。
5负载分配不均匀
牵引电机与普通电机的另一个不同之处是：
在同一机车上的数台牵引电机，不论是在电方面还是在机械方面都是连接在一起的。
在电的方面，各电机之间是并联连接；
在机械方面，各电机通过车轮与钢轨间的黏着作用相互耦合在一起。
因此，由于同一台机车上牵引电机特性有差异，各动轮直径不等或个别轮对发生“空转”、“滑行”等原因，都有可能造成各电机的负载分配不均，有的电机处于过载运行，有的电机处于欠载运行，从而使机车牵引力不能充分发挥。
第三章ZD105A型牵引电动机的维护保养
牵引电动机的工作条件十分恶劣，主要表现在：
负载变化大；
承受来自轮轨的冲击力。
使用环境恶劣；
由单向整流器供电，电流是脉动的。
因此要使电机在运行过程中保持良好质量状态，必须进行咸亨却的操作和维护保养，才可减少电机的故障，延长使用寿命和获得机车的高运转率。
一、牵引电动机的检查与维护
1换向器的维护保养
换向器是直流电机的重要部件，它在高速旋转时的机械稳定性以及其表面氧化膜的状态对电机换向器性能的影响很大。
（1）应经常注意观察换向器工作表面。
许多牵引电动机的故障在尚未造成前，可以根据换向器表面的异常状态早作诊断，找出故障原因和部件，及时进行处理。
（2）经常用干燥的压缩空气吹扫换向器表面，如有油垢，可用浸有少量酒精或丙酮的无毛抹布擦拭干净，并注意不要用油垢的或不干净的手去触摸换向器表面或更换电刷；
如换向器表面有较明显烧损痕迹而用无毛抹布擦拭无效时，可用0号玻璃砂布进行清擦。
（3）检查换向器V形云母环伸出部分的表面状态，应经常保持该部分清洁，如有烧痕，应用玻璃砂布把烧损处打磨干净后，图以绝缘漆。
2电刷装置的维护保养
刷架装置是电机的重要部件之一，其质量的好坏直接影响电机的换向性能，因此，必须对它有足够的重视并经常进行维护保养。
（1）检查耍握及连线紧固螺栓是否松动，特别是刷架连线接头是否接触良好。
（2）常将电刷在刷盒孔上下移动几次，除去碳粉及其他杂物，以保持电刷活动自如。
并用塞尺检查电刷与刷盒孔间的间隙是否在限度范围内。
注意检查刷辫不要碰上换向器的升高片，以及检查电刷是否破损，刷辫是否脱落，若有应及时更换。
（3）用电刷压力测试仪检查电刷压力是否在规定范围内，同一刷盒其电刷压力不应相差3N。
（4）检查所使用的电刷牌号和制造厂家规定应一致，更换电刷时同一电机应使用同一厂家同一牌号的电刷；
同一电机所使用电刷的高度差及同一电刷的双分裂电刷的高度差不应超过规定数值，否则应进行更换。
（5）检查刷盒底面相对换向片的平行度符合技术要求，刷盒底面与换向器表面距离应在2～4mm范围内。
（6）换电刷前，应先打磨电刷接触面，使其与换向器圆弧面贴合，以保证良好的换向。
（7）检查并调整刷盒，以保证刷盒上的电刷在电枢窜动范围内都在换向器工作面上。
（8）经常应用干燥的高压空气吹扫刷握，用干净布擦拭绝缘刷杆外表面的油垢及污物。
（9）锉掉连线接头和刷盒上因飞弧而造成的铜瘤或铜毛刺。
（10）换损坏刷杆时，应重校刷杆等分度。
若在机车上更换同一刷握的两个刷杆，应先更换一个刷杆，紧固定位后再更换另一个刷杆，并做好刷杆位置标记。
不允许两只刷杆同时拆下更换，更换会影响刷盒的中位性。
（11）检查刷架圈定位销及撑紧装置的固定情况。
3电枢轴承的维护保养
轴承是电机中比较关键的部件，电枢轴承烧损，会使转子固死、造成机破。
（1）经常检查电枢轴承的温升
（2）检查电枢轴承和抱轴轴承的密封情况是否良好
（3）电枢轴承用3号锂基脂润滑，轴承室内润滑脂不能太多或太少，否则会引起轴承发热。
二．牵引电动机的常见故障原因及其处理办法
1轴承故障
这是发生在机械方面最主要的故障，而且问题往往较复杂，还导致了别的故障发生
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