HXD2B型机车辅助变流柜风机轴承故障原因分析及优化方案设计王建会

HXD2B型机车辅助变流柜风机轴承故障原因分析及优化方案设计王建会

王建会孙文文张学峰

（中车大同电力机车有限公司山西大同037038）

摘要：文章针对HXD2B型机车辅助变流柜通风机组的典型故障进行了全面的调研，通过拆解验证等方法深入查找故障原因，并根据可能的故障原因提出了有效的解决方案，对机组的壳体、叶轮、电机、机组连接结构等进行了全面的优化，使风机的结构强度、密封性、稳定性均有大幅提升。

关键词：HXD2B型机车；轴承；结构优化；强度分析

引言

在HXD2B型机车机械间前后斜对称配置了2台辅助变流柜，每个辅助变流柜内安装有2台风机，用于对辅助变流柜内的电器件进行散热。辅助变流柜通风机结构为离心通风机，传动方式为A型。通风机在冬季采用车内循环的工作方式，夏季采用车内吸风车顶排风的工作方式，即通过辅助变流柜上部风道隔板进行调整，在冬季进风方式为车内吸风，排风方式为车内排风，有利于机械间的保温；在春夏秋季进风方式为车内吸风，排风方式为车外排风，有利于机械间的散热。

随着运行时间、里程的增加，辅助变流柜通风机故障出现频次逐渐增加，主要故障现象为轴承固死和轴承异音。本文对风机故障原因进行了深入分析，制定针对性的改进方案，有效的解决了该类故障的发生。

1故障现象描述及原因分析

根据客户反馈和售后信息统计，2018年9月份组织对在段运行机车的辅变风机故障信息进行了全面的统计：2017年12月至2018年8月期间，配属北京局唐山机务段的100台HXD2B型机车，共计400组辅助变流柜通风机发生故障81台次，主要故障现象为轴承异音和固死，产品故障率达20.25%。

为彻底查明故障原因，从根本上解决故障的发生，组织对三组故障风机（风机型号：4RDUKL797C0，电机型号：FVF90L-2）进行了试验、解体、验证，并将主要的性能参数和状态信息与各机组的新造数据进行对比分析，我们将故障现象归纳分类如下：

1）、轴承受损后导致的风机振动值偏大；

2）、叶轮表面附着大量粉尘导致叶轮动平衡值超差；

3）、轴承固死后导致的端盖磨损及端盖尺寸超差。

经分析后认为，在各风机出厂时，叶轮不平衡量及风机振动值等数值均符合技术规范要求。在机车运行过程中，由于机车运用环境影响，叶轮表面附着大量粉尘，同时伴随大量震动，导致风机叶轮动平衡值超差，风机振动值偏大。并且在进入检修周期时未对机组进行系统维护，最终使风机轴承、端盖受损，风机故障发生。

2优化方案

针对上述分析，我们制定了针对性的措施，对机组的壳体、叶轮、电机、机组连接结构等进行了全面的优化，使风机的结构强度、密封性、稳定性均有大幅提升。具体改造方案如下：

2.1机壳结构优化

风机机壳由框架结构更改为整体结构，更改后机组稳定性和强度均优于优于原结构。原机壳主要由支撑管、加强板、加强筋、后法兰盘等连接，优改造后机壳由支撑筒及加强筋连接。

2.2叶轮结构优化

对叶轮结构和连接方式进行优化。叶轮结构改造后，叶轮重量由8.373kg降低为6.179kg，减重2.194kg，减重率26.2%，有效的降低了电机负载；轮毂与轮盘连接方式由6个HUCK8铆钉铆接更改为8个HUCK4.8铆钉铆接，使轮毂法兰面受力更均匀、接触更良好。

2.3电机优化方案

为配合风机结构的优化，对风机电机进行相应改造，改造内容包括电机与风机连接方式、前后端盖轴承室与轴承公差配合，电机后端盖叶轮压装工艺孔的优化以及电磁计算等，使该电机的整体性能都优于原电机。

在风机电机改造的同时解决了以下问题：

1）在改进的电机上前轴承室改为“内盖”固定式结构，在前端盖内部加装轴承内盖，将轴承固定在轴承室内，起到加固轴承和密封的作用，减少机车运行过程中其他因素对电机轴承的影响。改造效果图见图5。

2）电机后端盖原密封结构为尼龙密封盖，在机车运行过程中由于尼龙盖老化裂损，且在C4修程时没有及时更新，导致后端盖M22的孔磨损。改进后的电机更改为不锈钢密封盖，在防护等级不变的情况下大幅提高结构强度，有效的解决了此类问题的发生。

2.4机组结构优化

原结构电机后端盖法兰与轴承体轴向连接，接口法兰盘与支撑体螺栓连接不均，支撑管受力大，易断裂；改造后的电机与支撑筒中部径向连接，有效改善了叶轮悬臂过长的问题。同时改造后，风机的重心位置距安装位置有少许缩短，风机运行稳定性提高。

3强度计算

为验证风机的强度和振动是否符合使用要求，对其使用时的应力状况作了有限元计算分析，各阶振动频率避开率满足要求，风机整机结构随机振动疲劳寿命和冲击振动强度满足要求。详情参见附件图8。

通过上述对比可以看出，风机结构优化后，其性能与优化前相比差别不大，均符合技术规范要求。

5.小结

经过设计验证，HXD2B型机车辅变流通风机经过此次设计优化，具有以下特点：①通过改变电机与机壳的连接方式，风机运行时，叶轮悬臂与原结构相比缩短，稳定性更好；②使电机结构受力更均匀、合理，有效降低了电机故障发生；③叶轮重量的下降，有效减轻了电机的负载；④叶轮相对风机与辅变流柜体安装面的位置下降，使通风机整体运行更平稳、可靠；⑤经过流场计算和强度分析，优化后的风机性能和强度分析均符合技术规范要求。

后续将结合HXD2B型机车C5修对改进后的通风机组进行运用考核。同时建议客户在运用过程中能够定期做好通风机组的清洁、维护，一旦发现不正常现象，应立即进行检查消除，确保运用安全。

参考文献：

[1]任广慧HXD2B型机车的通风系统《机车电传动》2011年03期