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
许公差范围的上限，除此以外未见其他任何异常或脱落、腐蚀等情况。

基于上述故障情况，西门子作了进一步检查后发现有三相线屏蔽层失效引起轴电流的现象。

主要检查方法是通过万用表分别测量牵引电机跨接线盒内的三相电缆、牵引箱跨接线盒内的三相电缆以及连接牵引电机和牵引箱之间跨接线盒内三相电缆的阻值来判断线缆屏蔽层是否正常。

检查结果发现在牵引电机和牵引箱之间的跨接线盒内，三相电缆中有一相线的实测阻值不同于其他所有线缆的实测阻值。

正常情况下，每一相线的阻值应该小于1欧姆，而异常线缆的阻值达到36.6欧姆，这一数值远远超过标准。

待重新改进上图线缆的屏蔽层后，多次测得实际阻值为0.4欧姆 2.2轴承注油工艺欠缺
电机装配时，不仅要注意润滑脂的加注量，也要注意均匀度。

牵引电机轴承添加的润滑脂不足，会使轴承运转时不能得到良好的润滑，从而出现发热现象，进一步使润滑脂变质，润滑恶化而严重发热，而使滚动体和套圈因过热而变色，使材质退火或产生热裂纹，当轴承旋转件与支撑的其他零件、例如密封件等发生严重触碰时，就会造成轴承烧损。

目前11号线要求给牵引电机加油时先在加油枪内注满gadus s3v220c2油脂，并在每台电机加油前和加油后用电子秤对加油枪进行称重，计算差值并记录在专项“牵引电机加油记录表”上，保证每台电机内加入油脂量在规定标准内。

等取下电机注油口上橡胶保护套后再使用加油枪，先在每台电机的底端加注30±3g油脂，再在侧端加注15±3g油脂。

同时在加注时必须用手顶住注油头，以防油脂向外泄漏。

结束后使用白布将电机注油口附近油脂擦去并将电机注油口上橡胶保护套复位。

在第一次加注称重前，需多放几次枪，把加油枪内部的空气放光，保证在正式加注油脂时每次都能有油脂出来。

事实上要想使轴承均匀注油，最好是在电机轴承一边旋转时一边注油。

若要使电机旋转但列车不前进，就必须要让轮对腾空脱离轨道。

但由于现在11号线现场检修条件与环境只能做到在列车停止且电机不工作的状态下才能进行电机轴承润滑油注油的工作，完成后在库内前后移动至少3次列车，或者让列车换道，尽可能使之前加注进去的油脂在电机内分散开。

2.3保持架损坏
由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加它与滚动体之间的摩擦，甚至使某些滚动体卡死不能滚动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。

这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。

2.4点蚀造成滚动轴承失效
滚动轴承点蚀是轴承使用一段时间后出现的一种疲劳性表层剥落，因为轴承使用时滚动体和内外圈相互接触，要承受相当大的载荷，而轴承的材料也有一定的使用寿命，甚至出现质量不符合要求等问题，当轴承达到一定使用次数后，应力就会改变那些有问题的接触面，从而使一些部位出现鱼鳞状的疲劳剥落点。

这时，轴承也会随之失去设计的能效，不能圆滑、平稳地继续运转了。

轴承点蚀原因是轴承工作过热及轴承间隙过大，造成轴承中部疲劳损伤、疲劳点蚀或疲劳脱落。

这种损伤大多是因为超载、轴承间隙过大，或者润滑油不清洁、内中混有异物所致。

除轴承本身材料与制造质量以及使用中承受的重力非正常影响之外，使用的润滑油中含有水分或者杂质也是出现点蚀而导致轴承寿命降低的重要因素。

3、针对牵引电机轴承故障的预防性维修措施
在日常检修作业中，主要通过噪声识别和温度跟踪等方式来辅助判断所有电机的情况。

噪声识别主要是通过人工手动操作和借助仪器来共同判断。

先由检修人员分开联轴节再快速转动电机听声音辨别，正常时联轴节应轻快灵活、无噪声、无卡滞现象。

若转动起来有“喀达”、“喀达”的撞击声则初步判定为异常并将检查结果记录在“11号线列车牵引电机普
查情况汇总表”内；然后通过听音器或听音棒贴在外壳上可清楚地听到轴承的声音，也可采用测声器对运转轴承的滚动声的大小及音质进行检测，分辨出不同的故障。

温度跟踪主要是由当班日检人员在牵引电机外表面贴温度测试纸，按要求进行跟踪检查并记录在跟踪记录单上。

一旦发现单个牵引电机的温度超过全车平均温度10度（平均温度不包括异常牵引电机的温度），初步判定牵引电机有异常现象并将及时扣车检查。

当然，仅仅依靠上述方法是远远不够的，为了切实有效降低故障率，还有以下几方面内容作为牵引电机轴承的预防性维修措施。

3.1 改进电机轴承润滑油的注油方式
由于最好的注油方式是在电机轴承一边旋转时一边注油，若要使电机旋转但列车不会前进就必须要让轮对腾空脱离轨道。

为了克服检修现场的实际困难，11号线与设备管理部联系专门采购了一台轮对抬升装置。

该装置可以在不进行转向架落车的情况下，将轮对单独进行抬升使其离开轨道。

同时该装置附带有伺服电机，可以在将轮对抬升离开轨道的同时，使轮对在可控的速度下进行旋转，从而带动电机轴承一起转动，使用该设备就可以实现安全地将轴承一边转动一边注油的工作。

目前该注油方式刚开始进行，技术人员将会持续跟踪，相信对电机轴承损坏问题带来很好的效果。

3.2 更换牵引电机轴承选型
目前11a01型电动列车牵引电机轴承品牌由fag更换为skf。

其中，驱动端轴承fag 6016m.p6r85.105.j20aa更换为skf 6016 m/p65hs0vg2211；非驱动端轴承fag din43283-nu 210 e.m1.r65.80.f1.j20a更换为skf nu210 ecm/c3hva 3091。

该型号轴承特点是无论内环还是外环都带有陶瓷涂层，作用是能够防止电流通过，具有绝缘能力。

11号线现已开始配合大修合资公司同时展开电机拆装及轴承更换，将所有运营公里达到40万公里列车的电机进行提前更换。

3.3 润滑脂的控制
电机装配时，注入轴承的润滑脂必须清洁。

润滑脂不干净，混有杂质，特别是坚硬的杂质易造成轴承非正常磨损，引起轴承故障。

润滑脂的填充量要适当，若加入量太少，会因轴承欠油，干磨发热而引起轴承故障；若加入量太多，润滑脂搅拌发热导致轴承故障，还会变稀甩出，污染电机内部。

牵引电动机润滑脂的填充要按设计量注入，还要在轴承室空间合理分配。

轴承室空间由轴承腔、内、外轴承盖三部分组成。

润滑脂应尽量分配在轴承腔和能与轴承包络的面上，填满滚珠和滚道之间。

在轴承与内、外轴承盖之间，润滑脂要填满其空间的三分之一。

在实际检修过程中现场检修人员可能存在对润滑脂的注入掌握不好或未严格按照工艺进行的情况，有的甚至混有铜屑或铁屑。

3.4 更改注入润滑脂时间将原来的每年5，6月份加一次油改为每半年加一次润滑油，每次加油量与原均衡修规程中规定的加油量相同，加油时间为每年5，6月份与11，12月份。

3.5 检查废油腔
对于运营公里数超过400000km以上的列车，要求检修人员打开d端废油腔盖，查看油脂是否稀化、发黑，若出现上述现象，则为异常现象。

同时查看油脂中是否有金属屑，若有则需要更换牵引电机。

3.6 第三方专业检测
由于牵引电机故障影响不容小觑，为此11号线专门请上海高谐检测设备有限公司和唐智科技分别对牵引电机和滚动轴承进行常态化监测，以达到进一步提高牵引电机轴承故障预警的效率。

上海高谐使用ks系列型号专业设备并利用高次谐波专用探头对轴承进行测定，这类测量无需将设备直接接触被测对象，其安装方法只需要将一个长约300mm的传感器使用扎带绑
在每台牵引电机的进线处，传感器采用线缆连接，数据线通过车门连接到客室内的设备中即可进行实时监测。

从下面表格中可以看出高谐设备能分别对牵引电机的马达、负载、逆变器进行测试并对电机的部件状态进行分级，即a、b1、b2、b3、c 五个等级。

a为状态良好；b为轻微异常，其中b等级还分为三个等级，b1为最轻级，b2为中等，b3为重度；c为严重异常。

若检测结果出现a、b1、b2状态，代表电机可以继续使用，但其中b2状态的电机需要进行跟踪检查；b3或者c状态的电机必须要进行打开检查。

通过多次测量采样，可以得到如下图所示的检测结果报告，进一步帮助我们发现安全故障隐患，及时有效地采取维护措施，降低故障发生率。

4、总结
三相线屏蔽层失效引起轴电流是引起11a01型电动列车牵引电机轴承故障的主要原因之一；利用轮对抬升装置改进牵引电机轴承注油方式，可以安全有效地将轴承进行一边转动一边注油的工作。

综上所述，11a01型电动列车牵引电机的轴承故障发生率已有明显下降。

牵引电动机轴承故障涉及因素很多，且处于动态之中，但只要查清故障原因，采取积极的预防措施，严格按照检修规程和工艺进行，重视电机的维修与保养，那么牵引电机轴承故障会随之相应减少。