1　综述

直流电机与交流电机相比，具有故障率相当高的特点，运用保养质量的高低可以直接决定直流电机的使用寿命。总结直流电机在运用中出现的故障情况，采取正确的运用保养措施是减少和防止直流电机故障的有效途径。现以淄博机务段(以下简称淄博段)ZQDR-410型牵引电动机的故障情况为例，来分析该型牵引电动机的故障机理及在运用保养中应采取的措施。

淄博机务段牵引电动机故障率统计表落修原因1991、1992年1993年1994年1995年1996年1997年合计比例/%电机环火5422542217.5主极接地3414341915.1换向极接地3343421915.1电枢接地00223186.3整流子拉伤3342321713.5断线2284132015.9漏油甩油010522107.9轴承固死302321118.7合计191723252319126100　　
    DF4型内燃机车的6台牵引电动机均安装在机车底部，不但启动停车频繁，运行中振动大而且安装空间狭小，又要承受风沙、雨、雪及灰尘的侵袭，使用条件非常恶劣，因而极易发生故障。综合表1分析可知，该电机的主要故障为：
　　(1)电机环火；
　　(2)绝缘破损(主、附极、电枢接地)；
　　(3)轴承固死；
　　(4)绕组间或引出线、刷架联线的断裂等。
　　现从4个方面具体分析DF4型内燃机车牵引电动机的故障情况。

2　牵引电动机环火故障原因及措施

(1)从电机本身的结构性能看，环火的原因分两类：一类是电刷原始火花在较高的电位特性下会发展成环火；另一类是当最大片间电压瞬间大大超过允许值时，电位火花会发展为环火。
　　先分析第一种原因：由表2戚墅堰机车车辆厂1989年4月～1990年3月间厂修电机的试验数据［3］：

厂修电机火花试验数据项目火花1级1+1/4级1+1/2级火花超限环火故障合计台数98319244101040比例/%94.51.822.300.380.96100　　
    可以看出大修出厂的部分电机本身换向就不是很好，这样机车投入运用之后，由于运用条件恶劣，很容易出现换向器发黑，碳刷接触不良，过热灼烧刷握使之变形等现象，从而加重换向火花，最终造成环火。因此运用中应及时检查电机，发现碳刷不良烧损，或刷握不良时应及时更换整修。这就要求乘务员在机车进库整备时认真检查，定期抽检碳刷、刷盒，将“事故苗子”消灭在萌芽状态。
　　再分析第二个原因：电机在运用中出现瞬时过电压也是触发环火的起因，这又有两种情况：
　　1)轮对空转造成瞬时过电压。在淄博段所担当的区段中，象胶济线上从周村到王村等都是长大坡道，在这些区段上途停或进站停车再启动时，启动后电流都在4000A左右，并且长时间低速大电流运行，很容易造成电机空转、电机环火放炮的几率也多。在运用中乘务员应正确操纵，提前撒沙，防止空转，尽可能减少产生此类故障。
　　2)操作过电压。现在由于机车检修质量已大大提高，机车功率、过渡装置均采用自动调节，过渡较平缓，此类故障已很少发生。在淄博段为了防止发生电机环火故障，针对造成电机环火的原因，制定了如下多种措施：在小、辅修作业过程中，严把质量关，过渡装置在试验台上试验后严格按工艺要求校定数值，使机车过渡时电流电压在最理想的数据状态下；在碎修、临修中过渡箱故障时及时组织检修，尽量使乘务员减少使用手动过渡的机会。
　　(2)除了以上分析的电机本身存在的问题外，外界因素也有很大影响。
　　一方面，机车长时间运用后，电机换向器的保养好坏，将直接影响电机的质量。
　　1)整流子拉伤也能引起电机环火。整流子拉伤以后表面粗糙度达不到技术要求，不仅会使碳刷和换向器异常磨损，还会因接触不良形成火花，造成环火。自1991年至1997年，在淄博段共有17台电机整流子拉伤，占总故障电机台数的13.5%。经检查发现这些电机多数是由于压指弹簧断裂后掉入刷盒内整流子的上面，电机旋转后而拉伤整流子的。因此，根据铁道部原机务局“七项专业会议文件”汇编的精神，将原有电机自1994年起进行了加装改造，即在电机顶部刷盒的压指弹簧下面加装一托盒，这样，即使压指弹簧断裂，也会被托盒接住而不至于掉入换向器上部而拉伤整流子。
　　淄博机务段在对电机加装改造以后，大大减少了整流子的拉伤。从经济效益上看，每个托盒的材料费及加工安装费总共也不过几元钱，而每台电机整流子拉伤后仅旋整流子的加工费就两千多元，且电机落修，机车扣修费用更大。据不完全统计，自加装改造后至1996年8月至少防止拉伤整流子62次(有62次压指弹簧断而未拉伤整流子)，由此为机务段节省大修费用达十几万元。
　　2)牵引电动机进油也能造成电机环火。电机进油后，整流子表面的油污会使碳刷接触不良，从而造成环火。从几年来淄博段共发生的32起电机进油故障看，大多是由电机通风道进入的。我们知道牵引电动机的通风采用强迫外通风，风道进风口设在车上电气室和冷却室内。在电气室，由于启动变速箱经常出现渗漏油现象，渗出的油不及时清除，就可能顺底板渗到第1、2、3电机通风道内而进入电机，其中DF4C型4151、4139两台机车在运用不足一个月时就因为启动变速箱漏油而导致电机进油。另外，淄博机务段自1991年至1994年底共有18台机车后转向架的电机进油，原因多是由于静液压系统管路漏油被通风机吸入电机内造成的，另外少数是由于乘务员将油桶放在冷却间通风道进风口附近，不小心歪倒，流出的油被吸入电机内造成的。针对以上两方面的原因，采取了如下措施：
　　措施1：针对静液压系统和启动齿轮箱漏油易进入牵引电动机的情况，在小、辅修和临修时发现有漏油部位，都进行重点整修，及时找出原因，消灭跑冒滴漏。
　　措施2：运转车间针对曾经因乘务员在冷却间放置油桶而导致电机进油，一方面下达书面通知，另一方面由各队队长在乘务员每天的学习会上传达“严禁在冷却间存放油桶，并要经常保持通风网及附近清洁”。采取措施后，淄博段电机进油的故障大大减少了，至今再未发生一件因为牵引电动机进油而造成电机环火的故障。
　　另一方面，电刷也是电机的关键部件，电刷不良、裂碎或固死，也易造成电机环火。电机对碳刷的要求是：
　　有良好的换向性能和机械性能；
　　有足够的机械强度和耐磨性；
　　有良好的成膜性能；
　　对换向器的磨损要小等。
　　从现用的国产电刷来看，主要有如下缺陷：电刷耐磨性差、寿命短、换向性能差或者磨损换向器，使之产生铜毛刺。据有关资料介绍，国外牵引电动机电刷寿命一般为15～20万km，最好的达20～30万km，而国产牵引电动机用的D374型电刷寿命为5～6万km，最好的也不过7～10万km［6］。这不仅给检修带来了大量工作，而且在材料上也造成了巨大的浪费(一块新造的D374型电刷总长度为60mm，其磨损的最低限度为35mm，带有铜辫的废旧电刷的价值几乎高于其原价值的二分之一)，因此有必要研制和推广使用新型耐磨高质量电刷。
　　在1995年，自DF4C型机车上线之后，曾一度出现过多台机车整流子异常磨损，电机云母槽内积碳多的情况，在更换了电刷并彻底清理了云母槽运用一段时间之后逐渐好转，这说明其原因还是由于碳刷不良引起的。因新造机车电机原装碳刷与淄博段使用的电刷并非同一厂家生产的，其硬度也就不同，因此，在同一台电机上使用就造成了电机换向器的异常磨损。

3　牵引电动机的绝缘击穿接地——主、附极、电枢接地

从1991年到1997年淄博机务段因电机接地共计落修46台，占总故障台数的36.5%。因此，要降低电机故障率，必须减少电机接地故障。
　　(1)环火烧损电机
　　由于电机环火造成电机主极、附极或电枢接地。对于环火产生的原因及应采取的措施，前已叙述这里不再赘述。
　　(2)电机绝缘老化，击穿绝缘而接地
　　由于牵引电动机的工作条件十分恶劣，时刻受到热的、机械的、环境的和电的各种应力的直接作用，因而引起绝缘结构老化。在运用中就会因高电压击穿绝缘而接地。产生老化的原因可分为以下3种：
　　1)热老化。引起牵引电动机绝缘热老化的因素较多，如通风帆布道破损或堵塞，通风机不良等造成进风量不足；电机内部过脏，绕组散热性不良；磁极铁芯因制造工艺问题不能与机体座完全密贴；长时间满负荷运行或超负荷运行。
　　这些因素均会使绕组温升增加，引起绝缘材料热老化及绕组产生轻微热变形，其结果是在绝缘结构中产生脆裂。
　　2)机械老化
　　由于牵引电动机采用轴悬式结构，机车运行时钢轨与轮对、轮对与牵引电动机传动齿轮之间及牵引电动机本身工作时，产生的各种机械振动和电机内部的电磁力均会作用于电枢及磁极上，而引起电机的振动，导致绝缘结构产生磨损、龟裂。
　　3)环境老化。共有3方面主要因素：
　　粉尘污染。由于电动机采用强迫外通风，通风口未设滤网，因此，尘埃不可避免地被带入电机内部，再加上电机工作时产生的碳粉铜粉等导电物质也会遗留在电机内部，这些附着在电机内的混合物具有吸潮作用，会引起绝缘电阻的进一步降低；
　　油类污染。由于冷却间静液压系统及油水管路滴漏的油水被通风机吸入通风道，进入电机内部造成电机绝缘老化。
　　电压老化。机车运行时，在正常电压的情况下，如果牵引电动机绝缘层因磨损在绝缘层内产生空气气隙，则会产生少量电子，当电压达到一定程度时，这些电子与原子互相碰撞使绝缘带中的电子增多，长期发展的结果，电子进一步增多，并产生间隙放电侵袭绝缘层，使绝缘层变薄，最终导致绝缘击穿。
　　针对上述引起电机绝缘老化的原因采取如下措施：在小、辅修作业中认真检查电机通风通道、帆布，使之清洁畅通，及时清洗、吹扫电机内部，使之清洁无油水污物；严格执行检修工艺，对绝缘阻值低的电机，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的扩大。

4　牵引电动机轴承故障

轴承是牵引电动机的重要部件，一旦发生故障，不仅会造成电机抱死，使机车途停，造成机破，给运输生产带来严重损失；而且会造成电机扫膛，转子轴拉伤，电枢拉伤，使整台电机大修，损失达几万元以上。因此减少和防止牵引电动机轴承故障意义重大，现从以下几个方面分析并采取措施。
　　(1)在机车保养方面：对于进段修的机车，由机车给油指导负责，监督乘务员认真执行段规，特别是注意电机轴承的加油量，即不能多加，更不能少加，使轴承在一个段修期内保证具有良好的油润，不致因轴承缺油而烧损轴承。
　　(2)凡是落修的电机均检查轴承油润，更换油脂。凡是解体修的电机，均打开电机两端轴承盖检查轴承状态，发现不良立即更换。
　　(3)在材料方面严把进货渠道，保证用铁道部定点厂家生产的轴承，且新轴承在装车前都认真检查测量，做好记录。
　　(4)由于轴承故障一般是因为轴承滚柱碎裂，或者内外圈滚道有剥离、点蚀、划伤、凹痕，也有的是保持架断裂造成的，而这些故障在未造成轴承固死之前可以用专用的轴承检测仪查出，因此，建议在机车运用中采取用轴承检测仪定期检查电机轴承状态的方法，一旦发现不良轴承，则落修电机，做到早发现早处理。

5　电机内部断线故障

由于牵引电动机长期工作在不停地剧烈振动的条件下，因此，电机内刷架联线，主极、主、附极联线及各引出线断裂的故障时有发生。在运行中如果主极联线断或C1、C2引出线断，造成电机主极开路，会出现在全磁场运行时该电机无电流，而在进入一、二级磁场削弱后，该电机电流会立即增至1000A以上，其对应的磁场削弱电阻RX1、RX2会产生高温，急剧发红，若乘务员不能及时发现，得不到及时处理，短时间内便会造成电气火灾。在1991年上海铁路局统计的电气柜火灾事故发生原因的数据中，有近三分之一是由于牵引电动机主极开路造成的，且每次损失都超过30万元。我们为防止和减少此类故障采取了如下措施：
　　(1)对乘务员加强业务学习，熟知电机主极断线的重大危害性，掌握应急处理技术，在运行中副司机应按规定认真检查各仪表，及早发现，及时甩掉故障电机。自1991年至今淄博段共有12台电机主极断线，但由于乘务员能早发现，早处理，没有发生一次因磁场削弱电阻过热而引发的火灾事故。
　　(2)根据牵引电动机的技改要求，凡段修或入厂修的电机均按要求将C2联线改为软线。
　　(3)在电气柜两边磁场削弱电阻的内侧分别加装300mm×250mm的石棉隔热板，即使电阻过热也不会引起电气柜火灾。
　　(4)建议厂方对牵引电动机并联各支路分别加装过流保护装置，或将电机主极开路故障设法显示给乘务员。