HXD2型机车牵引电机冷却不良原因分析及整治方案实施

王博,马云龙

（中国铁路兰州局集团有限公司迎水桥机务段，宁夏 中卫 755000）

摘要：HXD2型机车牵引电机散热器由单节机车两台牵引通风机及其风道系统组成，通过强迫风冷对电机进行热交换。在恶劣天气条件下HXD2型机车侧墙I级滤网存在沙尘、杂物过滤不彻底，造成沙尘等杂物进入滤网造成II级滤网堵塞（侧墙I级滤网为水过滤器，由多个宽10mm贯穿滤网上下的细缝迷宫结构组成,而II级滤网，采用金属编织网过滤器过滤孔径0.5mm），导致牵引电机散热不良、机械间负压，严重影响铁路运输安全及机车日常维护不方便等实际问题。

关键字：HXD2型电力机车;牵引通风机；侧墙滤网；通风不良。

0  HXD2型机车牵引电机冷却系统概述

HXD2型机车牵引电机通风系统采用独立通风方式，在机车机械间前后各设置一台牵引通风机。每台通风机分别给每架两台牵引电机通风冷却。车外空气通过牵引风机侧墙I级滤网进入机车，经过II级滤网后进入过度风道，再经通风机、下风道和车体、转向架之间的风筒进入牵引电机进行热交换。

1  HXD2型机车牵引电机冷却存在的问题

HXD2型机车自2014年9月开始截止目前，陆续配属兰州局集团公司迎水桥机务段共155台机车。自机车配属以来，每月对全部HXD2型机车侧墙滤网进行3次全面清扫。通过梳理今年4-6月机车故障信息，配属HXD2型机车共发生逆变器电机过温故障19件，严重影响机车正常牵引任务。通过对故障机车分析，其中17件占总故障数89.5%，造成电机过温的原因在于牵引风道通风量过低，无法有效进行牵引电机热交换。在风沙大及外部环境恶劣的时节，虽然机务段严格落实全年针对配属机车每月进行3次全面滤网清扫措施，仍然不能有效及时对杂物进行清理。

HXD2型电力机车原厂侧墙I级滤网为水过滤器，由多个宽10mm贯穿滤网上下的细缝迷宫结构组成,而II级滤网，采用金属编织网过滤器，过滤孔径0.5mm，进入侧墙滤网的风中仍会带有杂物堵塞II级滤网，使机械间风机及牵引风机冷风风量不足，造成逆变器电机过温，严重影响机车运行安全。对故障机车牵引通风机及风道试验检查，普遍风速检测低于6.5m/s，规定值为13m/s，最终发现问题在于侧墙II级滤网表面堆积异物造成过风不畅，检查II级滤网表面堆积附着异物多为杨絮柳絮及树枝树叶等杂物，检查滤网后部风道及电机散热孔较为干净。

2 搭建实验环境模拟捕捉问题原因

2020年1月，迎水桥机务段组织成立专家QC小组，针对上述故障问题进行技术攻关，通过技术攻关查明故障原因制定有效整改措施。

2.1 恶劣天气下牵引风机冷却情况跟踪观察

目前我段针对配属HXD2型机车侧墙滤网清扫要求为，每月对全部配属机车进行3次清扫。对此，针对在3月1日进行滤网清扫完毕的3台机车，制定为期10-15天的跟踪分析（至下次滤网清扫）结合机车整备作业对每趟整备时MPU数据分析及牵引风道风速检测，并且形成图表进一步分析。通过定期下载机车后台数据分析电机温度并记录8台电机温度平均值，对牵引风道风速取平均值进行分析。

2.2 模拟恶劣天气状态下观察牵引电机冷却风路工作情况

选取一台侧墙滤网已经彻底清扫完毕的机车，静置高压状态下，夏季模式给牵引调速手柄至电制11级位，机车各变频风机以50Hz频率工作，模拟机车运行状态。同时准备好的常见夏季环境垃圾，其中包括沙土、废纸、塑料袋、树叶、杨絮、柳絮等杂物，将杂物对机车一架牵引风机侧墙滤网进行倾倒，试验15分钟后停止杂物倾倒，机车静置高压状态30分钟后断电降弓。打开牵引风机侧墙滤网检查，I级滤网内部无附着杂物，整体较为干净，检查风道及风筒较为干净。

II级滤网表面附着较多树叶、杨絮、柳絮约为准备该类杂物的10%。通过现场观察，直径超过10mm的硬材质杂物（大树叶、纸张、塑料袋）可以被I级滤网有效过滤，细小沙土会直接通过I、II级滤网最后从电机散热孔排出，对II级滤网表面残存的杂物分析，多为直径5-10mm硬质及1.5-5mm软质异物，且II级滤网表面附着异物，无法通过风机自身吸力进入风道最终排出大气。

检测试验前后牵引风道风速，试验前15m/s，试验后13.7m/s，判断通风效果的减弱，原因主要为I级滤网对杂物过滤不彻底，堵塞II滤网。

2.3 问题原因分析

通过试验数据及故障机车数据分析，原因一为环境因素，虽为造成牵引通风机II级滤网表面杂物多的客观因素，但无法改变，故为次因；人为清扫虽能使侧墙II级滤网表面杂物一时减少，但容易在机车运行中重新堆积杂物，为次因；牵引风道侧墙I级滤网孔径大小直接影响了进入风道的空气中杂物的颗粒大小及多少，为主因。

3 整治方案及实施

3.1 方案选择

迎水桥机务段专家小组通过对牵引风机侧墙滤网通风不良原因进行深入分析，结合试验数据通过分析研判，直径1.5-10mm 以下颗粒物可以直接通过I级滤网，进而造成II级滤网堵塞。因此，为了避免直径大于2mm的颗粒物堵塞II级滤网，初步提出三种解决方案。

方案一：改造现有的I级滤网，从内部减少迷宫式滤网厚度为现有的1/2，从I级滤网内部加装一层厚度为25mm的化纤滤芯材质为涤纶纤维，对杂质的过滤能力极高。

方案二：改造现有的I级滤网，从内部减少迷宫式滤网厚度为现有的1/2，从I级滤网内部加装一层厚度为20mm的网式滤芯质为金属纤维，该滤芯由两层孔径为10mm的不锈钢编织网相夹，该滤芯对杂物过滤性能较高。

方案三：在现有I级滤网外层加装安装一层网格间隙1.5mm的钢丝编织单层滤网，通过不锈钢框架进行固定，保证机车原有水过滤功能。

通过现场对三种方案的安装难易度、跟踪试验过滤效果、维护清扫难易度等方面进行全面分析，最终选取方案三。

3.2 方案实施

结合试验数据通过分析研判，直径1.5-10mm 以下颗粒物可以直接通过I级滤网，进而造成II级滤网堵塞。因此，为了避免直径大于1.5mm的颗粒物堵塞II级滤网，可以在I级滤网外侧安装一层网格间隙1.5mm的钢丝编织单层滤网，通过不锈钢框架进行固定，使用CAD进行外层加装滤网设计，保证机车原有水过滤功能。

3.2 方案跟踪验证

根据设计方案，制作出了在原车滤网外加装的牵引风道侧墙滤网，I级滤网整体厚度增加4.5mm（不会造成侵线），并且通过现场喷水试验，加装金属网后不影响原车滤网对水过滤效果。进行5台机车加装验证。经过3个月（一次修程间隔时间）的实际情况运用分析，通过定期下载机车后台数据分析电机温度并记录8台电机温度平均值，加装新型滤网后定期清扫牵引风机II级滤网堆积较少灰尘等杂物，逆变器电机温度也一直低于限值（185℃），达到了预期要求。

4  总结

本文针对HXD2型电力机车在恶劣天气环境中，牵引通风机侧墙I级滤网对异物过滤不彻底，堵塞牵引风道II级滤网，导致牵引风道通风性能下降，致使无法保证牵引电机运行中的正常冷却，造成机车牵引力发挥异常，严重影响铁路运输安全的问题进行了系统分析。通过分析研判，在原有牵引通风机侧墙滤网外侧加装孔径为1.5mm的金属编织网，优化原厂滤网的设计制造缺陷。通过装车运行考核结果表明，整改方案切实有效，可以预防故障的发生，有效提高了整备作业效率，确保机车质量安全、稳定运行。

参考文献

[1]HXD2型电力机车[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.

[2]吴达人.泵与风机[M]. 西安：西安交通大学出版社，1989.

个人简介

王博（1992-），男，兰州铁路局迎水桥机务段工程师，多年来主要从事机车故障应急指导、机车故障诊断分析。联系地址：兰州局集团有限公司迎水桥机务段，联系电话-15509659160，邮编-751700。