青岛地铁车辆牵引电机异响分析与研究

青岛地铁车辆牵引电机异响分析与研究

李大勇 李政

1.青岛地铁运营有限公司车辆部，山东  青岛  266031

摘 要：城市轨道交通作为城市交通发展的主力军，凭借其高效、便捷、舒适的特点得以快速发展。随着地铁车辆长时间运营，牵引电机的轴承电腐蚀问题日益凸显，本文对车辆牵引电机异响问题开展了研究，并提供了建议的优化方案。

关键词：轨道交通；牵引电机；陶瓷轴承；电腐蚀；绝缘

中图分类号：U270.1 文献标志码：A

1 引言

青岛地铁3号线车辆牵引电机在车辆架修入厂测试时发现存在多台电机运转异响，拆解部分驱动端轴承后发现轴承滚珠存在剥离现象。

2 牵引电机基本原理

感应电动机，又称“异步电动机”，是将转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动的装置。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。三相异步电动机主要有由定子和转子，轴承组成。定子主要由铁心，三相绕组，机座，端盖组成[1]。

图1 牵引电机外观图

牵引电机牵引时，牵引力的传递方式：牵引电机带动联轴节，联轴节带动齿轮箱，齿轮箱带动轮对（力矩转化为力，滚动转化为平动），轮对驱动轴箱，轴箱作用于一系弹簧，一系弹簧作用于构架，构架作用于中央牵引装置，最终将力传递到车体，形成车辆运行动力。

3 牵引电机异响分析

某地铁列车正线试运营期间，多次出现由于充电机前端熔断器熔断，发生充电机无法启动的故障。分析原因为列车供电线路存在短路点，导致供电分区跳闸保护，进而引起三轨线路系统过压，引起支撑电容大电流，熔断器触发保护性熔断。为保证列车在该工况下的行车安全性，提出以下 5 种可能的优化方案。

3.1  电机分解检查

分解M0319车对定子、转子进行检查，未发现“扫膛、刮缸”等异常情况。定子及转子外观较脏污，其中转子通风孔进灰量较多（厂家现场评估为开放式电机正常现象）。分解M0320车电机发现，除进灰过多外，非驱动端轴承室存在灼色痕迹。

拆解M0314车5-1异响电机，检查驱动端轴承油脂发黑，工班临时加注的油脂与前期油脂混合，整体状态一般；检查非驱动端轴承，油脂呈暗红色，前期加注的油脂已进入轴承内部。

3.2  电机轴承检查

目视检查轴承内外圈无明显损伤，滚珠处留存油脂较少，颜色暗黑。以手晃动轴承，有干涩感，用力按压轴承内圈并滚动时，丝滑流畅感欠佳，可感觉驱动端球形滚珠的滚动存在发涩、阻滞感。

分解M0319列一个异响电机的驱动端球形轴承发现，除一颗滚珠外其他滚珠表面均存在圆形坑状剥离，轴承内圈滑道及外圈滑道光滑无明显损伤；拆解M0320车滚珠轴承（驱动端）发现，轴承滚珠表面剥离增多；拆解M0320车滚柱轴承（非驱动端）发现，轴承内圈与滚柱的接触面存在压痕，外圈槽道有明显的磨损。

3.3  车辆运营排查情况

3.3.1 运营里程情况

核查M0319列入修公里数为67,2238km，M0320列为67,4595km，M0314列为72,6078km，架修里程均在维护规程以内，各电客车修前分析中检查电机状态符合运营标准，未发现牵引电机超温、异响等异常问题。

3.3.2日常维护检查

根据产品使用维护说明书要求每125000 km或1年，对牵引电机轴承进行润滑，润滑脂用量为每轴端11g。检查日常维护记录、检修规程及作业指导书等，注油工作均符合标准。

3.3.3 牵引电机架修包装发运环节检查

经调查确认承修方的《青岛3号线架修_牵引电机包装运输方案V2.0》中对牵引电机的固定工装、包装防护及运输环节不存在磕碰问题。

3.3.4 电机油路检查

现场对驱动端和非驱动端的润滑油路进行检查，并进行油脂加注测试，油路经注油嘴——端盖油管——偏转器油道——轴承室，无堵塞情况。

3.4  轴承技术分析

针对牵引电机轴承剥离问题，结合前期M0323车轴承的拆解分析认为，电机驱动端轴承滚珠表面及槽道均发现电腐蚀痕迹，同时可能受到轴向载荷冲击，滚珠存在WEC（白色腐蚀裂纹）现象，由此导致轴承在长期运转过程中出现剥离。

3.4.1轴承分解外观检查

内圈、外圈、钢球硬度符合要求。整体外观检查：各部件外观完好，未见明显的断裂、缺损或变形。润滑脂呈接近黑色的暗红色。见图2。

轴承外圈：外径表面有常见的微动腐蚀痕迹，承载区与非承载区均未发现异常痕迹。绝缘层未见破损。

轴承内圈：有正常的安装拆解痕迹，以及常见的微动腐蚀，除此之外未发现其余异常痕迹。

保持架：保持架（拆解前）未发现缺失、压痕或变形。保持架连接未松动，轴承可转动。保持架拆解后，兜孔有变形，底部可见硬质颗粒碾压形成的压坑，以及滚动体剥离后掉落的碎屑。

图2 轴承保持架分解

3.4.1轴承钢球理化分析

表面磨损较重，颜色已呈黑色，钢球均已剥离，剥离区较大，各钢球上不止一处剥离。

表面形貌：在内、外圈滚道及钢球表面均观察到电腐蚀和电流通过的特征，且各部件的电腐蚀程度均严重。

各组轴承的内、外圈滚道及钢球表面及芯部（组织）仍为隐针状到细针状马氏体碳化物。各组轴承的套圈滚道表面基本均可见回火及二次硬化区。钢球表面的剥离区域发现 WEC 及电腐蚀痕迹

[2]。

各轴承的内、外圈滚道及钢球表面及芯部（组织）仍为隐针状到细针状马氏体碳化物，未发现异常。并未在检测件的剥离区域发现非金属夹杂的痕迹，钢球的剥离为次表层剥离，可见明显的 WEC[3]。综合轴承各部件表现：有明显的电流通过痕迹，但无明显的混合摩擦痕迹，可以判定本次 WEC 的形成主要影响因素为电流。

4 问题探讨及展望

综上分析，青岛地铁车辆架修时牵引电机异响原因为轴承电腐蚀造成。牵引电机的轴承轴电压及电腐蚀问题是行业内的难题，随着轴承技术的发展，新兴的陶瓷绝缘轴承能够较好的抑制电机轴电压，进而减少轴承电腐蚀。

参考文献

[1]秦一鹏. 机车牵引电动机冷却通风道设计研究[D].大连交通大学,2019.

[2]陈中杰,李骏,唐满林.城轨车辆牵引电机轴承电腐蚀故障分析及处理建议[J].电力机车与城轨车辆,2019,42(03):83-85.

[3]闫光临,支永健,陈湘等.地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀原理及抑制技术研究[J].机车电传动,2019(04):102-106.