城軌車輛公路運(yùn)輸時(shí)的電機(jī)防護(hù)問題
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摘要：近年來，多個(gè)城市地鐵車輛通過整車公路運(yùn)輸后牽引電機(jī)均出現(xiàn)不同程度的異響，拆解電機(jī)后發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承滾道表面經(jīng)過整車公路運(yùn)輸后留下了深淺不一的軸向壓痕。本文通過分析牽引電機(jī)軸承在整車公路運(yùn)輸過程中的受力情況進(jìn)而分析電機(jī)異響的原因。最后根據(jù)原因分析對(duì)牽引電機(jī)在整車公路運(yùn)輸過程中的防護(hù)提出建議。
關(guān)鍵詞：公路運(yùn)輸；電機(jī)異響；受力分析；電機(jī)防護(hù)
正文：
近年來，多個(gè)城市地鐵車輛通過整車公路運(yùn)輸后牽引電機(jī)均出現(xiàn)不同程度的異響，拆解電機(jī)后發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承滾道表面經(jīng)過整車公路運(yùn)輸后留下了深淺不一的軸向壓痕。本文通過分析牽引電機(jī)軸承在整車公路運(yùn)輸過程中的受力情況進(jìn)而分析電機(jī)異響的原因。最后根據(jù)原因分析對(duì)牽引電機(jī)在整車公路運(yùn)輸過程中的防護(hù)提出建議。
隨著我國(guó)建設(shè)軌道交通的城市越來越多，城軌車輛的運(yùn)輸成為愈發(fā)引人關(guān)注的問題。目前，城軌車輛的運(yùn)輸方式主要分為鐵路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸，而由于多數(shù)城市在設(shè)計(jì)階段皆未考慮建設(shè)地鐵與國(guó)鐵之間的聯(lián)絡(luò)線，故公路運(yùn)輸成為多數(shù)城市運(yùn)輸城軌車輛的選擇。然而城軌車輛在公路運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸距離較長(zhǎng)且路況復(fù)雜，車輛部件易受到損傷，其中以牽引電機(jī)軸承最易受到損傷。對(duì)經(jīng)過整車公路運(yùn)輸后的牽引電機(jī)進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，電機(jī)內(nèi)部未見明顯異常，但驅(qū)動(dòng)端軸承外圈和內(nèi)圈滾道表面中間出現(xiàn)多條軸向規(guī)則線性壓痕，而非驅(qū)動(dòng)端的軸承內(nèi)外圈滾道表面未出現(xiàn)目視可見的壓痕。
2.牽引電機(jī)軸承受力分析
在整車公路運(yùn)輸過程中，牽引電機(jī)+聯(lián)軸節(jié)+齒輪箱+輪對(duì)裝配系中電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的受力分析如下：（1）目前多數(shù)城軌車輛項(xiàng)目，牽引電機(jī)與轉(zhuǎn)向架之間通過螺栓剛性連接，牽引電機(jī)與聯(lián)軸節(jié)通過一定的錐面剛性連接，聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱+輪對(duì)也是通過錐面剛性連接；（2）聯(lián)軸節(jié)之間通過鼓形滑動(dòng)齒輪連接，在設(shè)計(jì)時(shí)雖然允許在一定范圍內(nèi)沿軸向位移和沿軸向擺動(dòng)一定的角度，但如果超過極限值，該裝配系即為剛性連接；（3）牽引電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間通過一對(duì)絕緣軸承進(jìn)行連接，由于牽引電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間存在一定間隙，同時(shí)軸承設(shè)計(jì)時(shí)也有一定的游隙，故當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸過程中受到垂向沖擊時(shí)，該垂向力將傳遞至軸承的滾子及滾道上上，牽引電機(jī)軸承受力分析如圖2：下圖所示軸承的滾子數(shù)量為12個(gè)，角度θ=360°/12=30°，由圖可知軸承靜止時(shí)主要受力的滾子的數(shù)量為7個(gè)；整個(gè)軸承所受的合力F合=F0+2*F1*cosθ+2*F2*cos2θ+2*F3*cos3θ+…；滾子受力大小的分布為：F0＞F1＞F2＞F3＞F4＞F5＞F6；軸承滾子的受力分布與上文圖1軸承內(nèi)外圈的壓痕大小分布一致。綜合以上分析，軸承內(nèi)外圈滾道產(chǎn)生的軸向規(guī)則狀壓痕的原因?yàn)檩S承在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下受到外力沖擊所致。
3.牽引電機(jī)異響原因分析
（1）通常情況下，在設(shè)計(jì)電機(jī)軸承時(shí)，軸承滾子的硬度要高于軸承滾道的硬度。牽引電機(jī)軸承在整車公路運(yùn)輸過程中受到上述的損傷時(shí)，在軸承內(nèi)外滾道上因沖擊產(chǎn)生軸向7條壓痕的過程中，材料會(huì)產(chǎn)生塑性變形，受到滾子直接沖擊的部位（即軸向凹坑）會(huì)出現(xiàn)凹陷而形成條狀凹坑，而在凹坑的周圍會(huì)同時(shí)產(chǎn)生凸起，從而是軸承的滾道表面出現(xiàn)規(guī)則性不平滑；（2）造成電機(jī)異響的最直接原因?yàn)檩S承內(nèi)外圈滾道受到?jīng)_擊產(chǎn)生的壓痕使軸承滾子在滾道內(nèi)不平滑運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承滾子每次經(jīng)過不平滑的壓痕時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生異常聲響；（3）另外，軸承的潤(rùn)滑主要依靠滾子與滾道之間的油膜層，在電機(jī)告訴運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承滾子與滾道之間有一層高壓油膜，由于上述壓痕的存在及后續(xù)圓周向的磨損，會(huì)破壞滾子與滾道之間的油膜層，加速軸承的潤(rùn)滑失效。綜合上述分析，牽引電機(jī)經(jīng)過整車公路運(yùn)輸后出現(xiàn)異響的原因?yàn)殡姍C(jī)軸承在整車公路運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊致使軸承滾道內(nèi)外圈表面形成壓痕，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承滾子滾過壓痕時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而發(fā)出異響。
4.牽引電機(jī)整車運(yùn)輸過程的防護(hù)建議
根據(jù)整車公路運(yùn)輸過程中牽引電機(jī)的受力分布，對(duì)電機(jī)在整車公路運(yùn)輸過程的防護(hù)提出以下建議方案：（1）非驅(qū)動(dòng)端采用工藝螺栓頂住轉(zhuǎn)子，限制轉(zhuǎn)子的軸向移動(dòng)；（2）驅(qū)動(dòng)端采用收緊帶固定電機(jī)軸與電機(jī)座，減少軸承受到的垂向沖擊。
5.結(jié)論
通過以上分析，城軌車輛整車公路運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸距離較長(zhǎng)且路況較為復(fù)雜，牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子將受到不規(guī)則的垂向沖擊，損傷電機(jī)軸承滾道內(nèi)外表面，致使電機(jī)產(chǎn)生異響。因此城軌車輛在整車公路運(yùn)輸過程中須對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行一定的防護(hù)以保護(hù)電機(jī)軸承不受損傷。
作者:劉書瓊 單位:廈門軌道交通集團(tuán)有限公司
