城軌車輛公路運輸時的電機防護問題
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摘要：近年來，多個城市地鐵車輛通過整車公路運輸后牽引電機均出現不同程度的異響，拆解電機后發現電機軸承滾道表面經過整車公路運輸后留下了深淺不一的軸向壓痕。本文通過分析牽引電機軸承在整車公路運輸過程中的受力情況進而分析電機異響的原因。最后根據原因分析對牽引電機在整車公路運輸過程中的防護提出建議。
關鍵詞：公路運輸；電機異響；受力分析；電機防護
正文：
近年來，多個城市地鐵車輛通過整車公路運輸后牽引電機均出現不同程度的異響，拆解電機后發現電機軸承滾道表面經過整車公路運輸后留下了深淺不一的軸向壓痕。本文通過分析牽引電機軸承在整車公路運輸過程中的受力情況進而分析電機異響的原因。最后根據原因分析對牽引電機在整車公路運輸過程中的防護提出建議。
隨著我國建設軌道交通的城市越來越多，城軌車輛的運輸成為愈發引人關注的問題。目前，城軌車輛的運輸方式主要分為鐵路運輸和公路運輸，而由于多數城市在設計階段皆未考慮建設地鐵與國鐵之間的聯絡線，故公路運輸成為多數城市運輸城軌車輛的選擇。然而城軌車輛在公路運輸過程中，由于運輸距離較長且路況復雜，車輛部件易受到損傷，其中以牽引電機軸承最易受到損傷。對經過整車公路運輸后的牽引電機進行拆解后發現，電機內部未見明顯異常，但驅動端軸承外圈和內圈滾道表面中間出現多條軸向規則線性壓痕，而非驅動端的軸承內外圈滾道表面未出現目視可見的壓痕。
2.牽引電機軸承受力分析
在整車公路運輸過程中，牽引電機+聯軸節+齒輪箱+輪對裝配系中電機轉子軸承的受力分析如下：（1）目前多數城軌車輛項目，牽引電機與轉向架之間通過螺栓剛性連接，牽引電機與聯軸節通過一定的錐面剛性連接，聯軸節與齒輪箱+輪對也是通過錐面剛性連接；（2）聯軸節之間通過鼓形滑動齒輪連接，在設計時雖然允許在一定范圍內沿軸向位移和沿軸向擺動一定的角度，但如果超過極限值，該裝配系即為剛性連接；（3）牽引電機的定子與轉子之間通過一對絕緣軸承進行連接，由于牽引電機定子與轉子之間存在一定間隙，同時軸承設計時也有一定的游隙，故當電機轉子在運輸過程中受到垂向沖擊時，該垂向力將傳遞至軸承的滾子及滾道上上，牽引電機軸承受力分析如圖2：下圖所示軸承的滾子數量為12個，角度θ=360°/12=30°，由圖可知軸承靜止時主要受力的滾子的數量為7個；整個軸承所受的合力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軸承內外圈的壓痕大小分布一致。綜合以上分析，軸承內外圈滾道產生的軸向規則狀壓痕的原因為軸承在非旋轉狀態下受到外力沖擊所致。
3.牽引電機異響原因分析
（1）通常情況下，在設計電機軸承時，軸承滾子的硬度要高于軸承滾道的硬度。牽引電機軸承在整車公路運輸過程中受到上述的損傷時，在軸承內外滾道上因沖擊產生軸向7條壓痕的過程中，材料會產生塑性變形，受到滾子直接沖擊的部位（即軸向凹坑）會出現凹陷而形成條狀凹坑，而在凹坑的周圍會同時產生凸起，從而是軸承的滾道表面出現規則性不平滑；（2）造成電機異響的最直接原因為軸承內外圈滾道受到沖擊產生的壓痕使軸承滾子在滾道內不平滑運行。當電機運轉時，軸承滾子每次經過不平滑的壓痕時出現振動，振動產生異常聲響；（3）另外，軸承的潤滑主要依靠滾子與滾道之間的油膜層，在電機告訴運轉時，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圓周向的磨損，會破壞滾子與滾道之間的油膜層，加速軸承的潤滑失效。綜合上述分析，牽引電機經過整車公路運輸后出現異響的原因為電機軸承在整車公路運輸過程中受到沖擊致使軸承滾道內外圈表面形成壓痕，當電機運轉時，軸承滾子滾過壓痕時產生振動，進而發出異響。
4.牽引電機整車運輸過程的防護建議
根據整車公路運輸過程中牽引電機的受力分布，對電機在整車公路運輸過程的防護提出以下建議方案：（1）非驅動端采用工藝螺栓頂住轉子，限制轉子的軸向移動；（2）驅動端采用收緊帶固定電機軸與電機座，減少軸承受到的垂向沖擊。
5.結論
通過以上分析，城軌車輛整車公路運輸過程中，由于運輸距離較長且路況較為復雜，牽引電機轉子將受到不規則的垂向沖擊，損傷電機軸承滾道內外表面，致使電機產生異響。因此城軌車輛在整車公路運輸過程中須對牽引電機進行一定的防護以保護電機軸承不受損傷。
作者:劉書瓊 單位:廈門軌道交通集團有限公司
