交流牽引電機轉子感應加熱退軸工藝研究

章細福+鄧蘋

摘 要：交流牽引電機在結構上分成定子與轉子，是軌道交通車輛的核心零部件。轉子中轉軸在牽引電機中扮演著傳遞動力的重要角色，是交流牽引電機重要零部件之一。在牽引電機制造行業，經常會出現轉子轉軸磕碰傷、銹蝕等情況。若僅因為轉軸原因而導致整個電機轉子報廢，這將造成極大的浪費。因此對該類型轉子，可以通過更換轉軸來挽救轉子鐵心，降低生產制造成本。文章研究一種感應加熱退軸工藝方法，在實現轉子可靠退出報廢轉軸同時，保證轉子鐵心能夠重復利用。

關鍵詞：牽引電機；轉子退軸；感應加熱

前言

交流牽引電機是軌道交通車輛的核心零部件，在結構上分成定子（固定不動的部分）和轉子（旋轉的部分）兩大部件[1]。當牽引電機定子與三相電源接通后，電機將產生旋轉磁場，轉子在該磁場作用下受力轉動，轉子中的轉軸通過聯軸節與車輛的軸聯接起來，從而帶動車輛軸隨電機轉子一起轉動，進而實現軌道交通車輛的行駛[2]。因此轉軸在牽引電機中扮演著傳遞動力的重要角色，是交流牽引電機重要零部件之一。在牽引電機制造行業，經常會出現轉子轉軸磕碰傷、銹蝕等情況。若僅因為轉軸原因而導致整個電機轉子報廢，這將造成極大的浪費，因此對該類型轉子，可以通過更換轉軸來挽救轉子鐵心，減少浪費現象，降低生產制造成本[3]。要實現轉子鐵心的重復利用，則需要一種可靠的工藝方法將原報廢轉軸退出轉子，同時保證在退軸過程中不影響轉子鐵心的使用性能。

1 轉子退軸分析

1.1 基本工作原理

將待退軸轉子放入感應加熱退軸工裝（纏繞了耐高溫柔性電纜）內，當感應加熱設備啟動后，感應加熱工裝內的電纜將通入一定功率、頻率的交變電流，感應加熱退軸工裝周圍即產生交變磁場[4]。在交變磁場的電磁感應作用下，工裝內的轉子鐵心產生封閉的感應電流（即渦流）。感應電流在轉子截面上的分布很不均勻，表層電流密度很高，向內逐漸減小。由于轉子鐵心（硅鋼片）自身帶有電阻，轉子表層高密度電流的電能將轉變為熱能，使表層的溫度快速升高，從而實現外部的轉子鐵心加熱[5]。

1.2 轉子退軸加熱溫度理論計算

1.3 感應加熱時間理論計算

上述例子轉子鐵心重量為125KG；根據1.2計算的加熱溫升，設定需加熱溫升200K；硅鋼片的比熱容C為0.46×103 J/（kg×K）。

根據能量公式Q=C×m×△t，轉子鐵心需要輸入的熱量為：

Q=C×m×△t=0.46×103×125×200=1.15×107 （J）

感應加熱設備輸出功率W=22kW，假設無能量損耗，則需要的加熱時間：

t=Q/W=（1.15×107）/（22×103）=522.73（s）=8.71（min）

2 感應加熱退軸驗證實施

2.1 驗證實施設備工裝

本驗證過程需要用到的設備工裝儀器有：感應加熱設備、油壓機、感應加熱退軸工裝、D級貼片溫度試紙、內徑千分尺等。

2.2 感應加熱退軸驗證目標

本驗證實施要實現將轉子中報廢轉軸在感應加熱條件下順利退出，同時確保退軸后轉子鐵心內腔直徑滿足要求，轉子鐵心外表面無過熱現象。因此需實現以下目標：

（1）感應加熱9min后，報廢轉軸順利退出轉子。

（2）退軸后，轉子鐵心表面溫度不超過300℃。

2.3 驗證實施過程

分別選取3臺電機轉子，每臺轉子沿軸向在鐵心表面傳動端、中間位置、非傳動端分別貼1張D級貼片溫度試紙→將待退軸轉子放置于油壓機工作臺位→將感應加熱退軸工裝放置于待退軸轉子上→確認感應加熱設備連接完好→啟動感應加熱設備→到達感應加熱時間后關閉感應加熱設備→啟動油壓機將報廢轉軸壓出轉子→將已退出廢軸的轉子鐵心移出油壓機工作臺位→記錄轉子鐵心表面溫度（貼片溫度試紙）→待轉子鐵心冷卻到常溫后，測量轉子鐵心內腔直徑。

2.4 驗證實施結果

根據實施過程進行感應加熱退軸后，3臺轉子都順利退出報廢轉軸，轉子鐵心內腔無拉傷情況；鐵心表面顏色正常，無局部過熱情況。

2.4.1 感應加熱退軸后，轉子鐵心表面溫度具體數據如表1。

2.4.2 感應加熱退軸后，轉子鐵心內腔直徑具體數據如表2。

2.5 測量數據分析

從表1數據可以看出，按要求感應加熱后轉子鐵芯表面溫度都在300℃以內，轉子鐵心表面無局部過熱情況。

從表2數據可以看出，鐵心內腔直徑滿足設計要求（），感應加熱退軸過程沒有對轉子鐵心造成拉傷情況，轉子鐵心可以重復利用。

3 結束語

結合交流牽引電機退軸加熱溫度及感應加熱時間進行計算分析，并通過實際驗證確認感應加熱能夠可靠的應用于牽引電機轉子退軸中。通過對退軸后的轉子鐵心內腔直徑進行檢測，轉子鐵心表面溫度檢測確定感應加熱退軸后的轉子鐵心滿足要求，可以重復利用。

參考文獻

[1]居志堯.牽引電動機檢修技術[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]牛維揚，李祖明.電機學（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3]孫克軍.中小微型電機使用與維修手冊[M].北京：機械工業出版社，2011.

[4]潘天明.現代感應加熱裝置[M].北京：冶金工業出版社，1996.

[5]吳桔生.電渦流技術與應用[M].長沙：中南大學出版社，2014.

作者簡介：章細福（1982，8-），男，民族：漢，籍貫：江西南城，學歷：研究生，職稱：工程師，畢業院校：哈爾濱工業大學。