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何曉玲　徐放　黃濤

【重慶軌道交通（集團）有限公司】

關(guān)鍵詞：接地軸端；炭刷；溫升；異常磨耗；接地回流

轉向架輪對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(zhù)轉向架和輪對，是轉向架上非常重要的部件之一。軸箱通過(guò)軸承內圈與車(chē)軸進(jìn)行連接，軸承外圈固定在軸箱體內，軸承內圈通過(guò)過(guò)盈配合固定在車(chē)軸上，滾柱跟隨車(chē)軸的轉動(dòng)而轉動(dòng)。軸承滾柱通過(guò)潤滑脂保持良好的運行狀態(tài)，一旦潤滑脂因外部因素被污染，潤滑性能下降，將會(huì )導致熱軸故障，嚴重影響行車(chē)安全。

1　轉向架軸端組成、作用和接地軸端故障情況

重慶地鐵6號線(xiàn)列車(chē)采用B型車(chē)結構，轉向架軸端組成包括4種結構，分別為防滑軸端、接地軸端、普通軸端和ATP測速軸端。其中，接地軸端對當前單節車(chē)起到接地回流的作用。

接地軸端的結構主要包括軸端蓋、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，將接地電流引入軌道。

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

(1) 檢查發(fā)現端蓋內部有大量炭粉，且已有部分結塊,正常應為干燥粉末狀。軸承外側一圈粘結了大量泥狀炭粉且已干結。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)現軸箱內側和軸承外圈已完全結合到一起，已無(wú)法使用常規手段退出軸承外圈，軸承內圈表面已呈黑色，滾子和保持架之間的潤滑脂已全部被燒黑變成硬塊(如圖2)。

針對06003編組6車(chē)3位故障，更換了輪對、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月對該項目所有列車(chē)進(jìn)行了整體排查，檢查發(fā)現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)現炭刷仍存在異常磨耗，且軸承側已經(jīng)附著(zhù)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，運行公里數63509km。

2　軸箱溫度升高原因分析

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

根據上述檢測結果，軸承潤滑脂失效的原因為“潤滑脂內銅粉含量超標”；因潤滑脂內含有大量銅粉引起軸承潤滑脂溫度升高，溫度的升高及銅粉的不斷增加加速潤滑脂失效，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，但接地炭刷存在嚴重的異常磨耗現象。

(1)炭粉進(jìn)入軸承內部原因分析

接地軸端內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，前蓋與壓板間有迷宮密封，炭粉堆積量在前蓋側，正常情況下可以防止炭粉進(jìn)入軸承，但是，若炭粉在前蓋側堆積量過(guò)多則可以通過(guò)“迷宮結構”到達軸承。

(2)接地炭刷磨耗

故障位置接地炭刷均存在嚴重的異常磨耗，且存在偏磨現象,故障接地炭刷的尺寸為43.8mm，比新品炭刷短9.2mm；根據接地炭刷設計文件及其余車(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營(yíng)42336km。

同時(shí)，接地炭刷異常磨耗的現象僅出現在拖車(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，堆集的大量炭粉通過(guò)軸箱“迷宮結構”到達軸承，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械磨耗和電磨耗。

機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)、機械振動(dòng)等相關(guān)，針對各項分析如下：

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

(2)炭刷材質(zhì)、摩擦盤(pán)材質(zhì)經(jīng)分析均符合標準要求，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)。針對電流大小的問(wèn)題，對拖車(chē)接地回流進(jìn)行理論計算與實(shí)際測量，結果如下：

拖車(chē)理論工作接地電流: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)測電流數據如表2。

根據實(shí)測電流，可得出如下結論：

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

(2)拖車(chē)電流回流存在不均的現象。根據上述結論，對重慶地鐵6號線(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，高壓電源的負端首先通過(guò)導線(xiàn)與車(chē)體絕緣的匯流排相連，然后通過(guò)導線(xiàn)與轉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端#接地系統特性要求，回流的功能接地與保護接地應分開(kāi)，高壓電路與低壓電路接地應分開(kāi)，即在工作接地與保護接地中間設置一個(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置接地電阻#拖車(chē)每個(gè)轉向架只有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前動(dòng)車(chē)的牽引系統回流#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)接地軸端內部的3個(gè)炭刷將會(huì )承受所有的電流。尤其在A(yíng)W3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(cháng)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號線(xiàn)其他項目列車(chē)均為動(dòng)車(chē)回流方式，且接地軸端炭刷及軸箱結構各部件均屬相同產(chǎn)品，一直以來(lái)運營(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)不設置接地軸端，現對該故障批次列車(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)較大導致炭刷機械磨耗較嚴重的可能性。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　整改驗證

選取06020編組進(jìn)行首列車(chē)試改，對MP車(chē)整改后的接地電流進(jìn)行運行測試,電流數據符合車(chē)輛設計要求#經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的運行驗證，拖車(chē)接地炭刷在只有機械磨耗的情況下，未出現異常磨耗情況，MP車(chē)接地炭刷未出現異常磨耗。

7　結束語(yǔ)

軸箱軸承及軸端裝置等各部件的正常工作對保障整個(gè)列車(chē)安全運行有著(zhù)非常重要的意義，而列車(chē)電路合理且正確的設計對全車(chē)各部件的正常工作又有著(zhù)長(cháng)期且深遠的影響#所以對于軸箱高溫故障這類(lèi)運營(yíng)問(wèn)題，不能單純從機械角度進(jìn)行分析處理，而要綜合考慮，多方分析驗證。本文詳細論述了接地軸端高溫故障的分析過(guò)程、分析方法,從機械、電氣角度分別進(jìn)行分析，并模擬正常運行模式進(jìn)行接地電流檢測，發(fā)現接地電流異常，再結合車(chē)輛電路設計圖紙，對比其他項目列車(chē)的正常運營(yíng)情況，進(jìn)行探索性試整改，并對整改結果進(jìn)行驗證跟蹤，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：《鐵道機車(chē)車(chē)輛》

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