余思遠(yuǎn) 周金旺

摘要 架修是地鐵列車運(yùn)行達(dá)到5年或60萬km后進(jìn)行的修程，其中牽引電機(jī)分解檢修是地鐵列車架修的重要組成部分，架修也是列車牽引電機(jī)自列車交付使用后的首次拆解、維護(hù)修程。文章介紹了武漢地鐵3號線使用的YQ-190-13異步牽引電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、參數(shù)等信息，并對分解檢修中發(fā)現(xiàn)的異響問題、定子損傷問題及絕緣性能問題分析其具體原因，提出解決方案。

關(guān)鍵詞 地鐵列車;牽引電機(jī);架修

中圖分類號 U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0079-03

0 引言

牽引電機(jī)應(yīng)用于地鐵車輛上，是一種能夠進(jìn)行機(jī)電轉(zhuǎn)換，為地鐵列車提供動(dòng)力的設(shè)備。在地鐵列車架修中，牽引電機(jī)分解檢修是重要的組成部分。想要提升牽引電機(jī)的安全性及穩(wěn)定性，就要對檢修工藝嚴(yán)格把關(guān)，并對檢修中出現(xiàn)的問題予以及時(shí)分析、處理。武漢地鐵3號線使用的是YQ-190-13異步牽引電動(dòng)機(jī)，為4極自通風(fēng)三相鼠籠式異步電機(jī)，電機(jī)位于車下，通過安裝固定車座安裝在車輛車架上，輸出端傳動(dòng)軸通過聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱連接，通過傳動(dòng)軸、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、車輪的動(dòng)力傳遞驅(qū)動(dòng)列車。牽引電動(dòng)機(jī)由VVVF逆變器供電，在列車牽引工況時(shí)，VVVF逆變器從受流器吸收直流電能，并轉(zhuǎn)換成變壓變頻三相交流電，給電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)列車;在列車制動(dòng)工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)則將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成三相交流電能，通過VVVF逆變器將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，向接觸網(wǎng)反饋再生能量或?qū)㈦娔芟脑谥苿?dòng)電阻上。YQ-190-13異步電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表1。

在牽引電機(jī)的分解檢修過程中，頻繁出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)異響、定子繞組損傷、軸承電阻測試不通過的問題，下面就針對上述三種問題具體分析、討論。

1 牽引電機(jī)異響

牽引電機(jī)在工作時(shí)或進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)的異常聲響，統(tǒng)稱為異音故障。但根據(jù)故障原因的不同，又會(huì)出現(xiàn)不同的表現(xiàn)形式。

1.1 軸承壓痕問題及原因分析

在架修工作開展前期，武漢地鐵3號線發(fā)現(xiàn)列車運(yùn)行時(shí)牽引電機(jī)存在異響情況。該異響的特點(diǎn)為隨著電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)有節(jié)律且清晰的響聲。用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸時(shí)亦然。分解電機(jī)后發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)端軸承內(nèi)圈表面中部存在明顯的呈滾子間距的規(guī)則的軸向線性壓痕，壓痕較深且手感明顯。同時(shí)在較嚴(yán)重壓痕旁發(fā)現(xiàn)不同程度的較輕度壓痕。經(jīng)過普查，共有162臺電機(jī)存在明顯異響的情況。武漢地鐵3號線隨后對這162臺電機(jī)完成了整改作業(yè)，更換了其中存在壓痕的傳動(dòng)端軸承，剩余存在輕微異響情況的牽引電機(jī)于該次架修時(shí)更換軸承。在牽引電機(jī)分解檢修時(shí)，軸承壓痕情況仍然普遍存在，傳動(dòng)端軸承的更換率在五成左右。

武漢地鐵3號線牽引電機(jī)軸承壓痕的形成原因?yàn)椋涸跔恳姍C(jī)運(yùn)輸過程中，由于運(yùn)輸防護(hù)的不到位，轉(zhuǎn)子沒有有效固定。運(yùn)輸顛簸時(shí)車輛構(gòu)架的振動(dòng)，會(huì)通過聯(lián)軸節(jié)使轉(zhuǎn)子在軸承游隙范圍內(nèi)振動(dòng)，在下落過程中軸承滾珠沖擊軸承內(nèi)圈（軸承受力情況如圖1），經(jīng)過多次反復(fù)的沖擊在承載區(qū)產(chǎn)生壓痕（如圖2）。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子的重量主要由軸承下部承載，而軸承滾子的硬度比軸承內(nèi)圈要高，所以內(nèi)圈壓痕在下部會(huì)比較明顯。但是若顛簸幅度比較大，軸承內(nèi)圈上部也可能會(huì)產(chǎn)生壓痕。同時(shí)由于轉(zhuǎn)子可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以軸承內(nèi)圈會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生多道呈滾子間距的壓痕。

壓痕的存在致使軸承滾子的滾道不平滑。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承滾子在不平滑的內(nèi)圈滾道上運(yùn)行時(shí)，每次經(jīng)過不平滑的壓痕處就會(huì)產(chǎn)生異常聲音。

1.2 軸承潤滑問題及原因分析

在牽引電機(jī)分解檢修的修前或修后試驗(yàn)時(shí)，常常出現(xiàn)電機(jī)異響情況。此類異響持續(xù)不斷，且隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度增加而增大。此時(shí)若通過注油嘴向軸承補(bǔ)充少量潤滑脂，異響聲迅速消失，則可判定為軸承潤滑不充分導(dǎo)致的異響。軸承潤滑不足，會(huì)造成軸承的不穩(wěn)定振動(dòng)，繼而產(chǎn)生異響，此時(shí)往往電機(jī)振動(dòng)值較高。若電機(jī)長期未補(bǔ)充潤滑油，會(huì)導(dǎo)致潤滑脂發(fā)干變硬，機(jī)油流失嚴(yán)重，軸承潤滑不良，加劇軸承磨損，最終發(fā)展成保持架斷裂，滾動(dòng)體跌落，軸承燒結(jié)固死，致使電機(jī)軸卡死，最終燒毀電機(jī)。

由于YQ-190-13異步牽引電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家前期要求的每年為其轉(zhuǎn)動(dòng)端補(bǔ)充19 g、非傳動(dòng)端補(bǔ)充16 g潤滑脂的方案并不能完全滿足軸承潤滑的要求，故在該次武漢地鐵3號線架修和前期開展的武漢地鐵4號線架修中，因軸承潤滑不足而導(dǎo)致異響的牽引電機(jī)數(shù)量較多。

1.3 解決方案

對于軸承壓痕造成的異響問題，在檢修時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查軸承外觀，并對產(chǎn)生壓痕的軸承予以更換。此外，在電機(jī)運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)在傳動(dòng)端安裝運(yùn)輸保護(hù)裝置（如圖3），以固定轉(zhuǎn)子。

在電機(jī)裝箱發(fā)車時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)子軸與行進(jìn)方向成直角放置（如圖4），避免因?yàn)檫\(yùn)輸車的頻繁加減速，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子相對于定子的軸向運(yùn)動(dòng)，以保護(hù)軸承。此外，由于不裝箱的電機(jī)在運(yùn)輸時(shí)極易損壞，故運(yùn)輸途中一般不允許拆箱。

對于軸承潤滑不足造成的異響，應(yīng)在電機(jī)分解檢修時(shí)更換電機(jī)內(nèi)所有潤滑脂。操作時(shí)需首先將電機(jī)各儲(chǔ)油部件及傳動(dòng)端、非傳動(dòng)端軸承清潔干凈，再加入新潤滑脂。對于各部件潤滑脂加入量與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的問題，經(jīng)過多次試驗(yàn)后得出了相關(guān)結(jié)論（如表2）。按表中的標(biāo)準(zhǔn)向各部件加入潤滑脂不會(huì)因軸承潤滑不足而造成異響，且不會(huì)因?yàn)榧尤胼^多的潤滑脂導(dǎo)致電機(jī)廢油室滲油或潤滑脂從端蓋出風(fēng)口甩出的問題。在進(jìn)行電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)，若仍有異響出現(xiàn)，可通過注油嘴加入少量潤滑脂予以補(bǔ)足。

此外在電機(jī)日常使用時(shí)，為滿足電機(jī)軸承的潤滑要求，每年補(bǔ)油量已更新為傳動(dòng)端30 g，非傳動(dòng)端25 g。[1]而對于貯存期超過2年需要上線使用的備品電機(jī)，應(yīng)拆解電機(jī)清洗更換新油脂。貯存期少于2年需要上線使用的備品電機(jī)，按年度補(bǔ)油標(biāo)準(zhǔn)予以補(bǔ)充潤滑脂。

2 定子繞組損傷問題

截至目前已分解檢修完畢的176臺電機(jī)中，已出現(xiàn)3起定子繞組絕緣層破損問題。繞組絕緣層破損造成電機(jī)絕緣能力下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致繞組電流增大，局部受熱，加快繞組絕緣的變質(zhì)老化，甚至燒毀繞組。

2.1 定子繞組絕緣層破損的原因分析

在分解檢修時(shí)，YQ-190-13異步牽引電動(dòng)機(jī)使用弓形架配合假軸連接轉(zhuǎn)子非輸出端，并以天車起吊的方式分離或裝配定子及轉(zhuǎn)子。由于起限位作用的導(dǎo)桿尺寸偏小、長度不足，且天車不易進(jìn)行細(xì)微操作等原因，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在進(jìn)入或抽出定子時(shí)運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生偏移，轉(zhuǎn)子與定子繞組發(fā)生摩擦或碰撞，使定子繞組絕緣層破損。上述情況在電機(jī)分解檢修乃至生產(chǎn)裝配過程中均時(shí)有發(fā)生。

2.2 解決方案

對于現(xiàn)場定子繞組損傷的三臺電機(jī)，由于損傷較淺且為單一損傷，對電機(jī)使用造成影響較小，故對損傷位置進(jìn)行擦膠處理后即可保障電機(jī)的正常使用。對于分解檢修中可能出現(xiàn)的問題，目前近期計(jì)劃使用長度470 mm的導(dǎo)桿替代原300 mm的導(dǎo)桿。該長度的導(dǎo)桿可以保證在轉(zhuǎn)子進(jìn)入定子時(shí)或與定子完全分離前即限制轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向，避免轉(zhuǎn)子與定子繞組的磕碰發(fā)生。

由于在電機(jī)定、轉(zhuǎn)子分離或組裝時(shí)使用的吊繩并非剛性材料，且天車移動(dòng)不夠線性等原因，即便使用長度足夠的導(dǎo)桿，在操作時(shí)依然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子移動(dòng)卡滯的現(xiàn)象。增加了操作難度的同時(shí)，也浪費(fèi)了寶貴的工時(shí)。為了解決此問題，武漢地鐵3號線設(shè)計(jì)了專門用于定轉(zhuǎn)子分離的移動(dòng)式推車（如圖5）。該推車同樣通過假軸與轉(zhuǎn)子非輸出端連接并固定，平臺可以升降的設(shè)計(jì)能夠方便地將轉(zhuǎn)子從存放架轉(zhuǎn)移到推車上，再上升到適合組裝的高度，不受工作臺高度的限制。配合加長后的導(dǎo)桿使用，可以方便且迅速地組裝或分離定、轉(zhuǎn)子。既避免了定子與轉(zhuǎn)子間磕碰的發(fā)生，也降低了操作難度，同時(shí)節(jié)約了工時(shí)。

由于地鐵列車架、大修工作的特殊性，3號線列車架修修竣后到下一次修程有4年的窗口期，此時(shí)該推車移動(dòng)式的設(shè)計(jì)更能適應(yīng)地鐵行業(yè)的需求，可以方便地運(yùn)輸至武漢地鐵其他架、大修線路使用，提高工裝的利用率。

3 軸承電阻測試不通過問題

YQ-190-13異步牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)端使用NU216ECM/C4VA3091型圓柱軸承，非傳動(dòng)端使用6215M/C4VL0241型球軸承，均為絕緣軸承。在電機(jī)檢修完成后，使用兆歐表DC500 V檔位對電機(jī)軸與定子機(jī)座間進(jìn)行絕緣測試時(shí)發(fā)現(xiàn)2臺電機(jī)出現(xiàn)絕緣值為0的情況。由于電機(jī)在使用時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流較大，電機(jī)軸與定子基座導(dǎo)通會(huì)出現(xiàn)軸電流，軸電流局部放電能量釋放產(chǎn)生的高溫，會(huì)造成軸承發(fā)熱損壞，從而產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)，長此以往軸承將會(huì)失效，對電機(jī)的安全使用造成極大影響。

3.1 軸承電阻測試不通過原因分析

對兩臺軸承電阻測試不通過的電機(jī)進(jìn)行分解后，分別用兆歐表DC500 V檔位對兩端軸承與電機(jī)端蓋間進(jìn)行測量，絕緣值均在10 MΩ以上，符合絕緣要求。且定子繞組絕緣層完好，并無破損情況。進(jìn)一步拆解后發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)端電機(jī)軸內(nèi)油封與端蓋間的環(huán)裝密封齒上存在鐵屑及毛刺（如圖6），分析得出由于兩側(cè)環(huán)狀密封齒的尺寸可能存在少許偏差，導(dǎo)致兩側(cè)環(huán)狀密封齒直接接觸，進(jìn)而使得電機(jī)軸直接與定子機(jī)座導(dǎo)通，造成軸承絕緣測試不通過。

3.2 解決方案

對兩臺軸承電阻測試不通過的電機(jī)端蓋及內(nèi)油封環(huán)狀密封齒進(jìn)行打磨、清潔，在不影響密封齒功能的情況下確保兩端密封齒的間隙，使絕緣軸承起到應(yīng)有的效果，避免軸電流的產(chǎn)生。此外在電機(jī)分解檢修過程中加強(qiáng)對環(huán)狀密封齒位置的尺寸及間隙測量，確保生產(chǎn)過程的順利。

4 結(jié)論

武漢地鐵3號線目前已完成11列車共176臺牽引電機(jī)的分解檢修任務(wù)，所有故障電機(jī)經(jīng)過處理后均通過修后試驗(yàn)并裝車使用，安全運(yùn)營數(shù)月無異常狀況發(fā)生。該文談?wù)摰娜齻€(gè)問題為今后的電機(jī)分解檢修工作提供了故障處理思路，進(jìn)一步提升了武漢地鐵3號線牽引電機(jī)檢修質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]YQ-190-13牽引電機(jī)檢修維護(hù)手冊[Z].中車株洲電機(jī)有限公司，2019.