城轨车辆轴箱轴承电蚀故障分析

城轨车辆轴箱轴承电蚀故障分析

张劼丽   徐园   陈中杰 

中车株洲电力机车有限公司 412001 湖南株洲

摘要：对轴箱轴承电蚀的现象、原因进行了分析，提出了城轨车辆轴箱轴承电蚀问题的解决建议。

Abstract:This paper analyzes the phenomenon of electric corrosion of axle box bearing,and puts forward the suggestion of solving the problem of electric corrosion of axle box bearing of urban rail vehicle.

关键词：城轨车辆 轴箱轴承 电腐蚀

Keywords: urban rail vehicle axle bearing electric corrosion

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1问题的提出

某项目城轨车辆在运用检修中，发现轴箱轴承存在批量电蚀问题，故障车辆运营里程在65万公里左右。

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根据ISO15243-2004《滚动轴承 损伤和失效 术语、特征及原因》，轴承电蚀分为过电压电蚀和电流泄漏电蚀两种。将本项目轴箱轴承现象与ISO15243-2004相比发现：本项目轴承电蚀特征微弱，因此，本项目轴箱轴承故障应定义为“轻微电蚀”。

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2轴箱轴承电腐蚀产生的原因分析

2.1接地方式

研究结果表明，铝合金车体电阻小于钢轨电阻，为了使工作回流通过钢轨流回变电站，抑制回流电流通过车体，故在车体与工作回流间连接接地电阻，见图1。

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图1 城轨车辆接地方案示意图

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通常情况下，接地碳刷与车轴间的滑动电接触电阻为毫欧姆量级，因此牵引电流主要通过轴端接地碳刷入地，通过接地电阻进入车体的分量较少，避免了车体环流。此外，由于车体接地电阻的加入，车体回路的阻抗增加，有效的抑制了牵引电流在车体回路中产生的感应电流。

综上，城轨车辆的接地方式可以保证列车工作电流通过接地装置回到钢轨，其回流路径为：碳刷->车轴轴端->轮对->钢轨->变电所负极。

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2.2接地装置

轴端接地装置结构见图见图2，接地装置与轴箱轴承均与车轴连接，在电路分析中可视为接地装置与轴箱轴承并联。

根据接地装置的结构形式分析，列车工作接地回流电流到达接地装置接线柱后，有三个路径到达轮对：路径1，接线柱->接地碳刷->轴端->车轴->轮对；路径2，接线柱->接地装置端盖->接地碳刷->轴端->车轴->轮对；路径3，接线柱->轴箱体->轴箱轴承外圈->轴箱轴承内圈->车轴->轮对。正常情况下车辆运行时，由于轴承内外圈之间存在油膜，滚子与滚道之间存在接触电阻，绝大部分回流电流会通过路径1（路径1阻抗最小）流向轮对。如果轴箱轴承有电流通过，那么只有一种可能：接线柱与接地碳刷之间的连接不可靠导致回流路径1及路径2无法通过电流。据了解，车辆上线初期接地装置有电连接不可靠的情况（接地碳刷与外部接地回流螺栓之间），因此可以认为：接地装置电连接不可靠是轴箱轴承流过电流的诱因。

图2 轴端接地示意图

3测试及验证

为了验证上述观点，对轴箱及轴承、接地碳刷之间的阻抗进行了测试，测试结果表明：接地装置接线柱与接地装置端盖之间电阻为0；接地装置接线螺栓对接地装置碳刷电阻为0；接地装置对轴箱体电阻为0。也就是说，正常情况下，接地装置与轴端连接良好。因接地装置通过低阻抗碳刷（不大于5mΩ），远小于轴承与车轴之间的等效阻抗（车辆运转时轴承内外圈之间通过油膜隔离，直流电流无法通过），绝大部分回流电流经接地装置流过车轴到达车轮；只有当接地装置与车轴之间电连接失效导致电流无法正常流过时，才会存在电流流过轴承的通路。

4结论

根据以上分析，只要整车接地回路正常,轴箱轴承就不可能有电流流过；因此，轴箱轴承电蚀的原因是：接地装置电连接不可靠。查阅该批次车辆的记录发现：接地装置有批量故障，故障现象为接地螺栓断裂、碳刷连接线断股等，与分析结果相吻合。

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参考文献：

[1]ISO15243-2004 滚动轴承 损伤和失效 术语、特征及原因

[2]轴承检测报告，国家轴承质量监督检验中心

[3]EN 50153-2014 铁路应用 机车车辆 电气危害防护规定

[4]李恩龙,于青松.城市轨道交通车辆接地方案分析[J].城市轨道交通研究.2012(8)139-144

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