牽引電機(jī)工作面病變及處理

1、談牽引電動機(jī)換向器工作面的病變及處理牽引電動機(jī)是驅(qū)動機(jī)車車輛動輪軸的主電動機(jī)，它的運行性能直接影響著電力機(jī)車的牽引性能。牽引電動機(jī)是否處于正常運行狀態(tài)，這可根據(jù)換向器表面狀態(tài)進(jìn)行判斷。一個良好的換向器工作面，對電刷運行來說是首要的。這是指換向器在各種運行條件下都應(yīng)保持其穩(wěn)定的正圓標(biāo)表面，同時，在電刷的滑動軌道上即換向器工作面上要形成一個均勻、光亮的表面氧化膜。一、 換向器工作面的氧化膜換向器工作面的氧化膜正常與否，是判斷牽引電動機(jī)故障的一個重要依據(jù)，也可以說是故障潛伏期的膚面征象。很多牽引電動機(jī)的故障，在未發(fā)生破壞之前，就可以根據(jù)換向器工作面的氧化膜的異常變態(tài)，給予早期診斷，找出故障的原因和位

2、置，采取正確的措施，把故障消除在破壞之前。1、氧化膜的正常色澤正常的氧化膜，其色澤是呈現(xiàn)為白淡褐色至亮黑色或者說是棕色和咖啡色，并反射出各種光澤。從運行的觀點看，只要呈均勻的，光亮的穩(wěn)定的而且電刷的運行是令人滿意的，則顏色的深點或淺點就不要那么計較。2、氧化膜的結(jié)構(gòu)換向器上的氧化膜，是由氧化銅薄膜和碳質(zhì)吸附層所構(gòu)成。如下圖所示：電刷與換向器銅片表面上的薄膜氧化銅薄膜，它是在一定的溫度下，在有一定濕度的環(huán)境下，生成一層氧化銅和氧化亞銅的混合膜。其厚度和顏色的深淺與電刷接觸狀態(tài)，溫度和濕度的大小，空氣的污染程度有關(guān)。溫度越高，濕度越大，它的厚度就要增厚，顏色就要變深。反則氧化膜就不易生成。如果周圍

3、空氣污染，有化學(xué)侵蝕，有磨損粒子，氧化膜還要遭到破壞。碳粉吸附層，它是吸附在氧化膜之上的一薄層碳膠粘物。它也是靠空氣中的水份，靠碳分子的固有吸附特性，將電刷上磨下來的碳微粒吸附在氧化銅薄膜上。3、氧化膜的作用一個良好的換向器表面，令人滿意的氧化膜，是電機(jī)運行的福音。第一，氧化膜可以減小電刷與換向器銅片兩個表面之間的摩擦和磨損。因為它起著潤滑的作用。第二，氧化膜本身就具有較高的電阻，它可增加電刷與銅之間的接觸電阻，抑制和減小換向元件中由剩余電勢產(chǎn)生的附加電流iK，以改善換向性能，減小或消除電磁性火花，如下圖，以延遲換向示意圖說明之。R1和R2換向片1和2與電刷間接觸電阻。第三，氧化膜與電刷間相互

4、存在著一定的粘附作用，可以緩沖或減小電刷的顫振頻率和加速度，以保持電刷與換向器銅片之間滑動接觸的穩(wěn)定性，從而減小或消除機(jī)械性火花。二、氧化膜的病變及處理一旦牽引電動機(jī)換向器工作面上的氧化膜發(fā)生病變，這預(yù)示著電機(jī)內(nèi)部將要出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)某種缺陷以及正常的運行條件遭到破壞，其病變主要有以下幾種。（一）按槽距規(guī)律分布的黑片所謂按槽距規(guī)律分布的黑片，對同槽式繞組來講，是指按槽節(jié)距分布的黑片，ZQ650型牽引電機(jī)的電樞每槽有4個繞組元件，而在換向器上出現(xiàn)每隔3片有一片發(fā)黑的規(guī)律性。它們是同一槽內(nèi)的4個換向元件，在換向周期內(nèi)，依次進(jìn)行換向的最后一個元件所連接的換向片。1、槽距規(guī)律分布黑片的形成從換向過程中知

5、道，由于這種規(guī)律分布的黑片是由惡性的電磁火花所造成的。換向元件在槽中的位置不同，因為互感效應(yīng)，元件1、2、3的自感磁通均可與元件2、3、4相連，當(dāng)元件1、2、3依次換向終了，形成開路時，其剩余電勢所產(chǎn)生的附加電流ik，它所儲存的電磁能量 1/2 LIK2 可以通過互感效應(yīng)而被元件2、3、4依次吸收，如下圖所示。所以，元件1、2、3換向終了時，就不一定以火花的方式將其能力釋放出來。那么和元件1、2、3相連的換向片1、2、3也就不會發(fā)黑。可是，當(dāng)最后一個元件（即元件4）換向終了形成開路時，它所儲存的能量就沒有被其它元件所吸收的條件，只好以火花的形式將它所儲存的電磁能量釋放出來，這就釀成了最后一個換

6、向元件相連的那片換向片發(fā)黑。以次類推，則形成按槽距規(guī)律分布的黑片。換向元件能量吸收過程1.2-換向元件1.2的磁鏈2.3-換向元件2.3的磁鏈3.4-換向元件3.4的磁鏈3-元件3換向結(jié)束后的自感磁通4-換向元件4的自感磁通·-換向結(jié)束前的電流方向×-換向結(jié)束后的電流方向2、形成的原因槽距規(guī)律分布的黑片，既然是電磁原因?qū)е碌膼盒曰鸹ㄋ斐傻?，那就要通過分析與檢測手段找到其缺陷所在。首先要了解和分析，黑片的形成是突變還是漸變。所謂突變是指在運行中突然發(fā)生，并迅速惡化，不得不被迫停運落修。所謂漸變是指在運行中這種規(guī)律分布的黑片是逐漸由輕微到明顯，由邊緣到表面，由透明到無光澤的烏

7、黑。突變：1）換向極繞圈回路有故障。2）有補償繞組的牽引電動機(jī)，在換向極繞組和補償繞組串聯(lián)回路中發(fā)生故障。這都是因為換向極繞組和補償繞組的補償作用突然遭到破壞而致。它將在很短的時間內(nèi)形成嚴(yán)重灼痕。漸變1）主極與換向極之間不等距。使其換向磁場發(fā)生偏移，換向電勢與電抗電勢不能適時地得到正確抵銷，給換向帶來了困難。2）換向極氣隙，第一氣隙和第二氣隙不合適（ZQ-650型牽引電機(jī)第一氣隙7.5±0.5mm,第二氣隙5±0.2mm）。給換向帶來了欠補償或過補償。氣隙太大，使換向極磁場太弱而造成欠補償，反之，因換向極磁場太強而引起過補償。3）電刷偏離中性位置4）電刷沿?fù)Q向器圓周的位移度

8、太大，即電刷在換向器圓周上不等分，相當(dāng)于電刷偏離了中性位置。在工藝上，其位移度允許在0.51mm范圍內(nèi)。5）刷盒與換向器銅片，其軸向不平行度太大，其不平行度一般不能超過二分之一片間云母片的厚度即（0.61mm）。6）刷盒與電刷之間，在厚度方面其最大間隙超過了0.5mm。因為對正反轉(zhuǎn)的牽引電動機(jī)來說，電刷就會形成兩個接觸面，這不但因為接觸面積減少而增加了電刷的電流密度，給換向帶來了困難，而且因為接觸面積的減少，甚至一開始就成為線接觸，這樣就大大縮短了換向周期，使換向電流的變化率di/dt大大增加，換向元件中的電抗電勢er=-L di/dt也就隨之而增大，惡化了牽引電動機(jī)的換向。3、處理的方法上述

9、原因，通過儀器、儀表和工裝、設(shè)備的具體檢測手段，一旦故障的性質(zhì)確定后，其處理的方法和措施，按定子裝配工藝和牽引電動機(jī)的總裝配工藝進(jìn)行。（二）按兩倍極距規(guī)律分布的黑片這種黑片是屬規(guī)律性分布的另一種表現(xiàn)，多發(fā)生在與均壓線相連的換向片上。1、發(fā)生原因：1）均壓線與換向片開焊。因為接觸過熱而發(fā)黑。還伴隨著出現(xiàn)縮頭、甩錫現(xiàn)象。2）主極繞組回路中有故障，往往是主極繞組有匝間短路、因主極磁通的變化，造成電樞繞組并聯(lián)支路間，因旋轉(zhuǎn)電勢的不等，引起電流分配不均勻，均壓線兩端的電位不相等，使均壓線過負(fù)荷，導(dǎo)致與均壓線連接的換向片發(fā)黑。這種情況，還往往使主極絕緣過熱，變黃老化，還可能嗅到焦味。2、黑片的處理：1）對

10、均壓線開焊的電樞，需入廠重新補焊，而且最好為氬弧焊接來補焊。2）對匝間短路的主極繞組線圈，則必須換主極線圈。（三）無規(guī)律分布的黑片1、這類黑片的表現(xiàn)特征1）出現(xiàn)在換向器銅片的表面上，而不是換向片的邊緣。這是和按槽距規(guī)律分布的黑片的區(qū)別。2）在某些區(qū)域出現(xiàn)無光澤的黑膜。3）在整個換向器表面上出現(xiàn)不規(guī)律的黑片。4）全部換向片統(tǒng)統(tǒng)發(fā)黑。這類黑片，統(tǒng)統(tǒng)歸咎于機(jī)械性的火花所造成的。2、這類黑片形成的原因1）刷盒壓指彈簧壓力不夠。特別是對運行在線路條件差，行駛速度高的機(jī)車，牽引電機(jī)受到的振動大，電刷發(fā)生強烈的顫振，引起電刷下的火花。2）電刷在刷盒中活動不靈活，有時被卡住。破壞了電刷的隨動性，引起電刷下的火

11、花。3）電刷在刷盒中太松。失去了刷盒對電刷隨動時的導(dǎo)向作用，特別是對于正反轉(zhuǎn)的牽引電動機(jī)，它一方面造成電刷接觸面積減少，接觸不穩(wěn)定，引起電刷下的火花。另一方面，由于電刷傾斜的緣故，電刷被刷盒的棱線在長度方向的兩個側(cè)面，而且在上下相反的位置上刻出很深的溝痕來，導(dǎo)致電刷的碎裂。4）電刷高度低于極限值。使壓指處于非工作自由狀態(tài)的極限位置，電刷失去了壓力，引起了電刷下的火花。5）刷盒沒有緊固，刷盒離換向器表面太遠(yuǎn)（24mm），都會因強烈的振動，使電刷接觸不穩(wěn)定而引起電刷下的火花。6）換向器銅片間有高出表面的殘留云母，換向器倒角后的毛刺未清除，都會引起電刷的跳動，而在電刷下產(chǎn)生火花。7）電樞不平衡，由于

12、離心力的作用，使電樞產(chǎn)生強烈的振動，引起電刷下的拉弧。上述17條所引起的機(jī)械性火花，都會造成在整個換向器表面上布有不規(guī)律的黑片。由于這種黑片的不斷增加，將擴(kuò)大成整個換向器表面均為無光澤的烏黑。8）換向器圓周上有凸片，包括凸出的銅片和凸出的云母片。每當(dāng)電刷滑過該凸片時，電刷就要跳火一次，久而久之，該處就要出現(xiàn)有燒痕的黑片。燒黑的數(shù)量、位置均和凸片相應(yīng)。9）電樞軸承有缺陷，如內(nèi)圈有壓痕、拉傷、剝離、麻面，滾動體上有類似缺陷，都會造成電樞的振動，每振動一次，電刷就要跳火一次。常此下去，換向器圓周上就要出現(xiàn)有燒傷的黑片。10）傳動齒輪異常磨損，齒面上有缺陷，剝離、麻面等，都會因電樞的振動造成電刷下跳火

13、，在換向器圓周上就要出現(xiàn)與之相應(yīng)或相對的黑片。11）換向器偏心超（一般徑跳不超過0.06mm），也會因電樞的擺動引起電刷下的火花而出現(xiàn)黑片。上述811條所引起的機(jī)械火花，都會造成換向器上的某些區(qū)域出現(xiàn)黑片。3、黑片的處理上述原因都屬于牽引電動機(jī)的內(nèi)在缺陷，通過相應(yīng)的檢查和檢測手段，只要判斷無誤，就應(yīng)盡快進(jìn)行修換，防止黑片的發(fā)展和擴(kuò)大，避免電機(jī)的破壞。（四）換向器表面上的條紋所謂條紋是指沿?fù)Q向器圓周，分布在整個換向器工作面上的，呈現(xiàn)亮暗色調(diào)變化的平行圓環(huán)。其寬度是不等的。1、條紋的類型1）呈現(xiàn)暗黑色的帶形圈，它具有一定的寬度。2）呈亮銅色的細(xì)線條。2、條紋的形成暗黑色的帶形圈暗黑色的帶形圈這類條

14、紋，它是因為存在著局部電流的集中，產(chǎn)生了電流集中地帶而形成的。該類條紋其實質(zhì)上，就是電流集中地帶的形象。電流集中的原因有：1）電刷接觸面上嵌有銅粒子。這種銅粒子的由來，一則是精光、下刻的換向器銅粉沫未清除干凈；二是由于某種原因發(fā)生過環(huán)火或電刷下某部位發(fā)生過電弧，使銅蒸發(fā)，并以離子的形式移向負(fù)刷，使負(fù)刷的某部分產(chǎn)生鍍銅，在嵌有銅粒子的區(qū)域，使接觸電阻降低，引起局部電流集中。2）同性刷間，同一刷盒并列刷間電刷的接觸面積相差20，引起電流分布不均勻。3）刷辮松脫。造成電流轉(zhuǎn)移性的集中。4）刷盒壁導(dǎo)電。引起電流大小的變化。5）同刷盒兩付電刷長度大于10mm，一則引起電刷壓力的變化，二則因電刷阻值的差異

15、，使電流分布不均勻。6）電刷卡位，引起電流的轉(zhuǎn)移和集中。7）電刷間隙過大，（軸向0.130.5，圓周0.050.3），因接觸不穩(wěn)定，接觸面積的減少，引起電流分布不均勻。8）同一臺電機(jī)有不同牌號的電刷，由于性能的差異，引起電流分配中的差異。9）刷辮斷股大于10，刷辮接頭片未被緊固。都可引起電流的分配不等。上述諸原因，均能因電流的集中，在電流集中帶上出現(xiàn)暗黑色帶形圓。亮銅色的細(xì)線條。這類條紋多為機(jī)械方面的原因所造成的。1）電機(jī)在低負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，特別使處于惰行工況下，由于電刷的機(jī)械摩擦，使局部薄膜變薄或消失，而呈現(xiàn)亮銅色。2）在低溫低濕度的環(huán)境下，喪失了氧化膜的生成破壞生產(chǎn)的動態(tài)平衡，電刷與換向器間的

16、摩擦顯著增加，氧化膜受到不同程度的破壞。3）換向器表面有塵埃和硬質(zhì)粒子，電刷中存在硬質(zhì)碳粒，都會由于摩擦將換向器表面膜劃破而呈現(xiàn)亮銅色。3、條紋的處理換向器上的條紋，將給換向器帶來不均勻的磨損，它是換向器出現(xiàn)溝槽和凸臺的起始階段。對它的處理采取以防為主的對策。1）對有條紋的換向器，首先用00號細(xì)砂紙磨光，消除其條紋。2）針對上述的原因進(jìn)行修換，以防條紋再現(xiàn)。3）在低溫、低濕度的環(huán)境下，盡量減少和避免惰行工況，采取電阻制動以保護(hù)換向器上的氧化膜。（五）電刷軌痕電刷軌痕是指平行電刷的滑行軌道之間在色調(diào)上不一致。有暗、淡之分。暗者，呈亮黑色；淡者，為棕色至本銅色。電刷軌痕是第一類型的條紋暗黑色的帶形

17、圈繼續(xù)擴(kuò)大的結(jié)果，是條紋發(fā)展的第二階段。亮黑色的軌痕，之所以黑又亮是因電流長時間的集中，使電刷和換向器的溫度較高，氧化膜生長的較快較厚。淡色的軌痕卻恰恰相反，因長期處于較低負(fù)荷，氧化膜的生長較慢，其厚度轉(zhuǎn)薄，故呈棕色。本銅色軌痕的出現(xiàn)，除長期處于較低負(fù)荷外，特別是在低溫、低濕的環(huán)境條件下，換向器上的氧化反應(yīng)和摩擦的破壞作用失去了動態(tài)平衡，氧化膜消失已盡。這就形成了明顯對照的電刷軌痕。電刷軌痕的出現(xiàn)，一方面將逐漸發(fā)展為銅毛刺、溝槽和凸臺的出現(xiàn)，另一方面，牽引電動機(jī)的換向?qū)②呌趷夯?，在本銅色的軌痕區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火花。為了終止電刷軌痕的繼續(xù)發(fā)展，首先用00號砂紙打磨光滑，消除其軌痕，然后，按照條紋的處理

18、方法進(jìn)行處理。（六）銅毛刺所謂“銅毛刺”是指兩換向片之間出現(xiàn)的氧化銅碎片箔狀物。銅毛刺的出現(xiàn)，既不是兩換向片之間相對的兩個邊緣都有，也不是同一換向片的同一側(cè)邊緣在全長上都有，而是出現(xiàn)在亮黑色軌痕的那個區(qū)域內(nèi)。其毛刺的方向，是沿?fù)Q向片滑出邊緣一側(cè)延伸，而且僅僅是沿著牽引工況下所取旋轉(zhuǎn)方向的滑出邊緣上。如下圖：1、銅毛刺的由來：銅毛刺是在有電刷軌痕的換向器上，經(jīng)電刷滑行過程中的壓延作用和電刷顫振時的錘擊作用而形成的。因此，它即寓于條紋和軌痕產(chǎn)生的育床上，有著共同的根由。又增生了的特殊條件下的特殊原因：1）過厚的氧化膜使電刷與銅片間的接觸壓降u增大，接觸損耗增加。2）電流的集中，損耗的增加，不僅使電

19、刷的溫度升高，而且在相應(yīng)的亮黑色軌痕區(qū)的銅片表面的溫度也使之劇升，導(dǎo)致了銅片表面的退火，降低了表面退火層的硬度。3）壓力過大的電刷，在其退火層上滑行，將其壓延出銅毛刺來。4）電刷的顫振。2、銅毛刺的防治銅毛刺是環(huán)火、飛弧的禍根，它的破壞性不能等閑視之。必須采取行之有效的對策，以防治其害。第一治本。治本就在于消除和抑制電流的集中。1）電刷壓力按標(biāo)準(zhǔn)壓力（35±5N）壓力、上限值、下限值三級進(jìn)行篩選。在同一刷架圈上的各個電刷壓力為一個壓力級別。起碼在同極性刷間，在同盒刷間保持著同一個壓力等級。2）篩選優(yōu)良電刷，并且該刷在頂部具有緩沖墊，降低其顫振加速度。第二，治標(biāo)。治標(biāo)是治本的補充手段，

20、是指已產(chǎn)生了銅毛刺的換向器而言。1）加強維護(hù)，靠經(jīng)常刮削以消除銅毛刺。在操縱上要強調(diào)行車必須開通風(fēng)機(jī)。2）適當(dāng)加大換向片的倒角，使銅毛刺的延伸長度還未形成片間短路的導(dǎo)電橋時，就自行彎折而斷被吹走了。3）重新對換向器工作面進(jìn)行精光，切去表面的退火層，重新建立滿意的氧化膜。（七）換向器凸臺換向器凸臺，是指相鄰電刷軌痕之間出現(xiàn)的狹窄的凸起脊線。這種凸臺的產(chǎn)生分正常磨損結(jié)果和異常磨損的后果。正常磨損是指電刷與換向器之間客觀存在的機(jī)械磨損和電磨損，當(dāng)運行到一定的公里數(shù)或年限，就自然出現(xiàn)了一定高度的凸臺，一般不得超過0.5mm，否則，就會引起電刷滑動，接觸特性變壞，妨礙新刷的安置，直至發(fā)生碎刷。異常磨損出

21、現(xiàn)的凸臺，它是第一類型的條紋暗黑色的帶形圈，經(jīng)電刷軌痕，銅毛刺到凸臺的形成。凸臺是這一發(fā)展全過程的終止階段，電刷和換向器的磨損速度是異常的。正常的磨損和異常磨損，當(dāng)凸臺高度超過0.5mm時均需要落電機(jī)削修換向器。（八）換向器表面高度磨光換向器表面高度磨光，是指換向器表面被磨成本銅色的鏡子一般。1、鏡面的形成換向器表面高度磨光是由第二類型的條紋亮銅色的細(xì)線條發(fā)展擴(kuò)大的結(jié)果。是牽引電動機(jī)運行在低負(fù)荷，低溫、低濕度，特別是運用在嚴(yán)寒、干燥的冬季風(fēng)砂大的春季或地區(qū)，而且機(jī)車經(jīng)常以高速惰行的工況運行，使換向器工作面上的氧化膜被摩擦掉，使銅裸露出來，而且氧化膜在這種環(huán)境和工況下不易形成。這樣，如鏡面的換向

22、器表面就被研磨而形成了。2、磨光后的危害及預(yù)防換向器工作面被高度磨光后，由于失去了氧化膜的功能，接踵而來的就是換向的惡化，火花的產(chǎn)生，直至換向器被燒出灼痕。1）由于氧化膜的喪失，電刷和換向器接觸電阻的降低，使換向元件中的附加電流ik增加，造成換向不良，引起電磁性火花。2）由于氧化膜的喪失，失去了電刷與換向器相互間的粘附和緩沖作用，造成電刷的高頻、低幅的顫振，不但會發(fā)生異常的尖叫聲，而且極易造成電刷脫辮、斷股和刷體碎裂。3）由于電刷的顫振，將引起換向時機(jī)械火花。機(jī)械性火花是存在于電刷的接觸面上，而不是電刷的滑出邊緣，它能燒灼換向器表面，而且灼痕的面積較大。4）電刷和換向器因喪失氧化膜的潤滑作用，

23、換向器工作面上出現(xiàn)面積較大的灼痕，都能促使電刷的異常磨損。綜上所述，牽引電動機(jī)換向器高度磨光是第二類型條紋的發(fā)展結(jié)果，所以要防止它的形成，首要的是必須防止和抑制條紋的產(chǎn)生，這就要求從解決牽引電機(jī)本身如前所述的某種或某些缺陷入手，把它消滅在初始階段。第二運行在低溫、低濕度和風(fēng)砂大的地區(qū)，盡量減少低負(fù)荷和惰行的運轉(zhuǎn)工況。第三選擇試驗成膜性較好的電刷。（九）換向器嚴(yán)重灼痕換向器工作面上的嚴(yán)重灼痕，是指銅片局部燒熔的跡象。灼痕有銅片邊緣灼痕和銅片表面灼痕兩種類型。1、灼痕的來由邊緣灼痕1） 是槽距分布的黑片的發(fā)展，它形成了惡性的放電而將銅片邊緣燒傷。2）機(jī)車電氣主回路發(fā)生意外帶來瞬時大的電流沖擊。如操

24、縱不當(dāng)，主回路出現(xiàn)某種故障，電力機(jī)車出現(xiàn)過電壓、雷擊等。致使換向磁路飽和，對于整塊換向極的鐵心，在磁路中渦流的作用，均使換向電勢遠(yuǎn)小于電抗電勢，使換向嚴(yán)重滯后。結(jié)果在電刷滑出邊出現(xiàn)強烈的電弧，使銅片局部燒熔，形成痕跡。3）牽引電機(jī)電樞繞組發(fā)生斷線，使并聯(lián)支路間發(fā)生瞬間大的電流變化，使換向元件產(chǎn)生大的電抗電勢，造成強烈的火花而燒傷。4）換向極線圈，補償繞組匝間短路，因此欠補償，造成惡性火花而燒傷。表面灼痕1）銅片表面的灼痕是由表面黑片發(fā)展而來。2）多因機(jī)械性故障，使電刷劇烈地跳動，猶如斷開的觸點，發(fā)生放電，形成電弧。灼痕是銅片燒熔后遺留下來的痕跡。2、灼痕的預(yù)防與處理。1）正確操縱，加強司機(jī)乘務(wù)人員的技