浅析城轨车辆整车公路运输时的电机防护问题

2023-03-05

近年来, 多个城市地铁车辆通过整车公路运输后牵引电机均出现不同程度的异响, 拆解电机后发现电机轴承滚道表面经过整车公路运输后留下了深浅不一的轴向压痕。本文通过分析牵引电机轴承在整车公路运输过程中的受力情况进而分析电机异响的原因。最后根据原因分析对牵引电机在整车公路运输过程中的防护提出建议。

1. 城轨车辆运输现状

随着我国建设轨道交通的城市越来越多, 城轨车辆的运输成为愈发引人关注的问题。目前, 城轨车辆的运输方式主要分为铁路运输和公路运输, 而由于多数城市在设计阶段皆未考虑建设地铁与国铁之间的联络线, 故公路运输成为多数城市运输城轨车辆的选择。然而城轨车辆在公路运输过程中, 由于运输距离较长且路况复杂, 车辆部件易受到损伤, 其中以牵引电机轴承最易受到损伤。

对经过整车公路运输后的牵引电机进行拆解后发现, 电机内部未见明显异常, 但驱动端轴承外圈和内圈滚道表面中间出现多条轴向规则线性压痕, 而非驱动端的轴承内外圈滚道表面未出现目视可见的压痕。

2. 牵引电机轴承受力分析

在整车公路运输过程中, 牵引电机+联轴节+齿轮箱+轮对装配系中电机转子轴承的受力分析如下:

(1) 目前多数城轨车辆项目, 牵引电机与转向架之间通过螺栓刚性连接, 牵引电机与联轴节通过一定的锥面刚性连接, 联轴节与齿轮箱+轮对也是通过锥面刚性连接;

(2) 联轴节之间通过鼓形滑动齿轮连接, 在设计时虽然允许在一定范围内沿轴向位移和沿轴向摆动一定的角度, 但如果超过极限值, 该装配系即为刚性连接;

(3) 牵引电机的定子与转子之间通过一对绝缘轴承进行连接, 由于牵引电机定子与转子之间存在一定间隙, 同时轴承设计时也有一定的游隙, 故当电机转子在运输过程中受到垂向冲击时, 该垂向力将传递至轴承的滚子及滚道上上, 牵引电机轴承受力分析如图2:

下图所示轴承的滚子数量为12个, 角度θ=360°/12=30°, 由图可知轴承静止时主要受力的滚子的数量为7个;

整个轴承所受的合力F合=F0+2*F1*cosθ+2*F2*cos2θ+2*F3*cos3θ+…;

滚子受力大小的分布为:F0>F1>F2>F3>F4>F5>F6;轴承滚子的受力分布与上文图1轴承内外圈的压痕大小分布一致。

综合以上分析, 轴承内外圈滚道产生的轴向规则状压痕的原因为轴承在非旋转状态下受到外力冲击所致。

3. 牵引电机异响原因分析

(1) 通常情况下, 在设计电机轴承时, 轴承滚子的硬度要高于轴承滚道的硬度。牵引电机轴承在整车公路运输过程中受到上述的损伤时, 在轴承内外滚道上因冲击产生轴向7条压痕的过程中, 材料会产生塑性变形, 受到滚子直接冲击的部位 (即轴向凹坑) 会出现凹陷而形成条状凹坑, 而在凹坑的周围会同时产生凸起, 从而是轴承的滚道表面出现规则性不平滑;

(2) 造成电机异响的最直接原因为轴承内外圈滚道受到冲击产生的压痕使轴承滚子在滚道内不平滑运行。当电机运转时, 轴承滚子每次经过不平滑的压痕时出现振动, 振动产生异常声响;

(3) 另外, 轴承的润滑主要依靠滚子与滚道之间的油膜层, 在电机告诉运转时, 轴承滚子与滚道之间有一层高压油膜, 由于上述压痕的存在及后续圆周向的磨损, 会破坏滚子与滚道之间的油膜层, 加速轴承的润滑失效。

综合上述分析, 牵引电机经过整车公路运输后出现异响的原因为电机轴承在整车公路运输过程中受到冲击致使轴承滚道内外圈表面形成压痕, 当电机运转时, 轴承滚子滚过压痕时产生振动, 进而发出异响。