关于矿用电机车常见故障及处理方法的分析

恩德平

（同煤集团四台矿运输队，山西 大同 037037）

1 矿用电机车结构分析

矿用电机车按供电方式可分为架线式电机车与蓄电池式电机车两种，主体结构由机械装置和电气系统组成。煤矿采用的电机车使用直流串激牵引电动机以提高机车牵引力，保证其一次货运量，且结构简单、后期维修成本偏低，在轨道上可以维持约26 km/h 的运行速度；操作简单，只需要一名操作者，不需要额外配置辅助司机；对自然环境适应性好，且使用电作为能量来源，不会污染工作环境，有助于改进操作者的工作环境，杜绝设备的空气排放，可增强运营安全性[1-3]。

2 矿用电机车常见故障

目前，矿用电机车运行环境相对较差，电力网络电压不稳定、变化大，供电线路不平顺，造成受电弓和电网接触间隙变化频繁；轨道所处地面不平整，钢轨接头缝隙不均匀，造成回馈电阻变大和轮轨间冲击增加，电力输送距离远，供电系统电阻大，造成远端电压偏低，且无电区多；电机车和车斗之间无缓冲装置，由于井下煤巷的截面限制采用窄轨，井下作业的管理松懈，超载运输比较普遍，电机车启动、制动频繁，加大了车辆内部及轮轨间的机械碰撞冲击[3]。矿用电机车故障主要分为电气系统故障和机械系统故障，其故障如图1 所示。

矿用电机车常见的机械故障表现为：制动系统动作不灵活，制动距离过长，也存在制动失灵的现象；传动系统异响，电机扭矩突然增大，机车无法正常运行；轴承温度过高、异常卡滞，甚至出现与轴颈脱离的问题；车辆在运行中脱线。

矿用电机车常见的电气故障表现为：合闸后自动跳闸；合闸后机车不能正常启动；机车启动后加速度异常，出现过快或过慢的问题；机车换向不良，或者无法换向；电机驱动转矩下降。

图1 矿用电机车故障

3 机械故障分析及处理方法

1）制动反应时间过长问题主要由于闸瓦磨损后与车轮踏面间隙过大，和制动转轴销存在缺失及过渡磨损，必须调整闸瓦和车轮踏面间隙，减少制动空行程，及时更换制动销和闸瓦，并调整闸瓦和踏面的间隙和角度；车辆运行速度高，且存在超载问题也会导致制动距离变长，必须进行科学管理，预防超载才能预防该问题发生；传统的制动系统结构操作性差，进行结构改进以提高其安全性，设置液压储能机构，将制动产生能量存储液压系统的储能器。如图2 所示，车辆制动或下坡时将动能转换成压力存储起来备用。

图2 制动再生储能示意图

2）传动系统发生齿轮磨损或断齿，造成轮齿啮合效果不好，主要原因归纳为制造装配不良、运营载荷过大和复杂工况下的金属疲劳[4]。因此必须提高制造精度、改进装配工艺和控制运输过程的过载问题，降低对传动系统的冲击，并且设计新的传动系统，增加其疲劳强度，采用锥齿轮-行星齿轮二级传动结构，如图3 所示，可减小机构箱体体积、增大传动比、提高传动效果和增强传动系统的稳定性。

图3 锥齿轮-行星轮系传动简图

3）轴承发生故障会产生安全隐患，不及时处理会造成严重的财产损失。造成轴承故障的主要原因是润滑油不足、轴承组装间隙过大或过小及长时间过载，在长时间运营状况下，出现滚道和滚动体表面剥离和异常磨损，载荷过大或意外冲击时会产生局部塑性变形，形成凹痕或划痕，继续发展会引起断裂。轴端密封失效或意外发生水分进入轴箱体，会造成轴承表面锈蚀，并产生金属表面电蚀。在高速重载的运行时，轴承会发热膨胀，产生金属胶合现象，并引发保持架损坏。为避免轴承发生故障，设计选型时充分考虑各种运营工况，给定合理的径向间隙和轴向间隙，装配过程中进行多点测量。由于轴承损坏前振动会出现异常，在轴向底部设置振动传感器，提前预报故障类型，防止问题发展，其结构如图4 所示。

4）在运营中也会发生车辆脱线问题。造成脱线的原因为：轮对轮对定位装置故障，失去对车辆的约束；车辆过载造成轨道间距逐渐增大；道床不平顺，外侧轨道超高也会造成车辆脱线。因此必须定期对车辆定位装置进行检查，防止出现螺栓松动，定期测量轨道内距和外轨加高值，并进行调整。

4 电气故障分析及处理方法

图4 轴承振动监测示意图

造成开关跳闸原因是静触头等部位接地，电路绝缘层老化击穿接地引起过电流，IGBT 模块损伤。电机车无法启动原因为电网和电弓断路，控制器导通存在部分断路，调速器不能收到接收到系统指令，电动机通电线路局部断路。换向器故障原因是换向极气隙不均匀，表面粗糙度差，存有污垢，换向片间云母绝缘突出等问题。电机启动不正常的原因归纳为运行过载造成的短路，触点接头或接线端子由于振动松脱，电机因长期未清理灰尘积累造成线圈绕组过热，引起绝缘老化。

为了降低电气系统故障，必须做好日常的检查和保养，并检查踏面的异常损耗，防止异常振动加剧电气系统的损伤。电机车采用新的电气系统，采用无整流子的鼠笼式异步牵引电动机，消除原有结构带来的环火、易磨损问题，减少故障率，延长维修间隔，提高使用寿命。采用自动控制模式，采用软启动进行无极牵引，并实现制动电能反馈，与手制动互相作用，提高停车安全性。