YDJ型移動式架車機絲桿聯軸器彈性體碎裂原因及防范

陳大浪

（廣東省國防科技技師學院，廣東廣州 510515）

移動式架車機是通過群組同步協調作業把車廂頂升到一定高度以便于檢修和維護，是地鐵車輛段檢修庫中重要的檢修設備之一[1]，是地鐵車輛檢修、車體與轉向架分解組裝以及車底電器、制動等模塊拆裝的必備設備，故架車機的安全性、可靠性為人們所關注[2]。

架車機上每一個零部件都是對架車機的安全性、可靠性有影響的，移動式架車機中絲桿聯軸器彈性體，作為移動式架車機中不可缺少的零件，假如它在工作過程中受到剪切力過大的話會導致碎裂，而彈性體碎裂將導致絲桿聯軸節彈性體失效，最終導致整個聯軸器失效，減速箱的旋轉運動無法傳遞至絲桿導致對移動式架車機同步控制具有較大的安全風險等不好影響[3]。故對架車機進行普查也要重點檢查，留意它是否完好。

1 移動式架車機絲桿聯軸器彈性體碎裂及故障分析

（1）故障的發現

車輛設備大修期間，車輛設備大修分部在對x號線YDJ型移動式架車機進行節前普查時，在2組3#移動式架車機軸向軸承觀察口位置發現大量紅色聚氨酯碎片。經過檢查，該紅色聚氨酯碎片和絲桿聯軸器彈性體材質一致，2組3#移動式架車機絲桿絲桿聯軸器彈性體已經完全破碎，聯軸器其他部件未見異常，如圖1所示。

圖1 觀察窗底部可見大量紅色聚氨酯碎片

（2）故障分析

根據現場普查情況，目前有八臺移動式架車機存在類似問題。該聯軸器結構由兩個半聯軸器、彈性體組成[3]，如圖2。

該聯軸器安裝在電機減速箱和絲桿連接處，一側半聯軸節固定在減速箱下方，另一側半聯軸節固定在絲桿頂部。中間由彈性體聯接。該結構適用于兩同軸線的傳動，彈性體具有補償兩軸相對偏移、緩沖、減震的功能，如圖3。

x號線YDJ型移動式架車機聯軸器彈性體型號為LX9星型彈性體，屬于標準件，根據JB/T 10466-2004星形彈性聯軸器國家標準，該聯軸器公稱扭矩為2 000 N·m，許用轉速為4 750 r/min，適用溫度范圍為-30℃～80℃，材質要求為聚酯型聚氨酯（UR），具體及計算參數見表1[4]。

圖2 聯軸器爆炸圖

圖3 聯軸器安裝位置示意圖

表1 LX9型彈性體技術參數

計算轉矩由下式求出：

式中：TC——計算轉矩，單位為N·m；

K1——溫度系數，見表2；

K2——啟動系數，見表3；

K3——沖擊系數，見表4；

Tn——公稱轉矩，單位為N·m；

PW——驅動功率，單位為kW；

n——工作轉速，單位為r/min。

表2 溫度系數

表3 啟動系數

表4 沖擊系數

根據廣州全年溫度在10℃～35℃之間，環境溫度K1選擇1.0；

根據設備每小時啟動頻率大約為10次，啟動次數K2選擇1.0；

沖擊系數選擇1.5；

電機額定功率為：4 kW；

減速箱輸出轉速n為：17 r/min

帶入數據：Tc=3 370.59 N·m

根據校核結果：當電機輸出功率為額定功率59%以下時，該彈性體滿足使用要求。

彈性體作為聯軸器緩沖件、具有補償兩軸相對偏移、緩沖、減震的功能，主要失效原因是受到剪切力，造成彈性體磨損甚至爪齒完全粉碎。而造成剪切力過大的最主要原因是兩軸同心度偏差較大。YDJ移動式架車機傳動方式為電機-減速箱-聯軸節-絲桿-螺母的傳動模式，根據圖紙分析，在絲桿底部并未設置平面球軸承，當絲桿與減速箱輸出軸同心度存在偏差時，所有的徑向位移偏差都由彈性體補償[5]。

此外，彈性體老化，腐蝕性氣體液體，環境溫度過高或者過低，設備自身的共振也會造成彈性體失效的原因。五號線移動式架車機2008年出廠，截至目前已經使用6年，目前拆卸的彈性體對比新備件，普遍存在回彈性下降，材質發硬的問題。該設備放置位置為魚珠大修段7道，設備工作環境通風良好，不存在腐蝕性氣體，環境溫度10℃～35℃之間，符合彈性體設計要求；該部位沒有潤滑要求，拆開聯軸器檢查彈性體表面干燥未發現腐蝕性油脂液體。設備自身共振問題，因需要在更換新彈性體后長期跟蹤，暫時無法確定。

根據以上分析，判斷本次故障的主要原因是彈性體老化，造成彈性體回彈性、硬度、抗拉強度等機械性能下降。次要原因是因YDJ移動式架車機自身傳動結構特點造成所有的徑向位移偏差都由彈性體補償，當絲桿與減速箱輸出軸同心度存在偏差較大時，彈性體長期承受較大的剪切力造成部件失效。

2 風險分析

YDJ移動式架車機傳動方式為電機-減速箱-聯軸節-絲桿-螺母的模式，架車機的升降高度通過安裝在電機頂部的旋轉編碼器進行計算。

絲桿聯軸節彈性體失效產生的風險，可從對聯軸節本身的影響和對同步控制的影響兩方面分析。

根據本文前面部分的分析可知道，該聯軸器結構由兩個半聯軸節、彈性體組成。半聯軸節的材料為45#鋼或ZG310-570，彈性體的主要作用是補償兩軸相對偏移、緩沖、減震。當彈性體失效時，半聯軸節金屬爪齒直接接觸，產生劇烈的沖擊，長期將導致爪齒磨損甚至斷裂，并最終導致整個聯軸器失效，減速箱的旋轉運動無法傳遞至絲桿。

x號線YDJ移動式架車機旋轉編碼器安裝在電機頂部，如圖4。控制原理為通過旋轉編碼器測量電機的實際轉速，通過換算，轉換為絲桿的轉速，再乘以絲桿的導程，換算成托頭升降的高度。即：

托頭升降高度=（旋轉編碼器測量的電機轉速/減速箱減速比）×絲桿導程

當彈性體失效時，聯軸器徑向間隙變大，減速箱輸出的轉速與絲桿實際轉速存在差異，造成PLC系統讀取的同步控制數據不準確，架車機群組出現同步誤差。最極端的情況是，在單臺架車機聯軸器整體失效的狀態下，減速箱輸出軸的旋轉運動無法傳遞至絲桿，旋轉編碼器檢測電機轉速數據正常，PLC系統判斷此時架車機組同步誤差在系統允許范圍內，但因絲桿沒有旋轉，導致螺母沒有帶動托頭升降動作，實際此時架車機組同步高度已經出現偏差。

根據上述分析，彈性體失效對移動式架車機同步控制具有較大的安全風險[6]。

圖4 旋轉編碼器示意圖

3 防范與建議

（1）立即更換16臺五號線YDJ移動式架車機絲桿聯軸器彈性體。

（2）修改YDJ移動式架車機檢修規程，在半年檢增加絲桿聯軸器檢查項目：1）通過觀察窗目視檢查絲桿聯軸器彈性體漸開線齒有無裂紋、氣泡和雜質，如有裂紋、氣泡和雜質立即更換；2）目視檢查聯軸器的兩個半聯軸節爪齒有無裂紋和磨耗，如有裂紋和磨耗痕跡立即更換；3）每半年用塞尺測量彈性體磨耗間隙，抽查兩個位置，當任一位置磨耗間隙大于1 mm時，立即更換彈性體（圖5）[7]。

彈性體磨損嚴重的八臺移動式架車機，在更換彈性體時，減速箱底部固定螺栓不完全固定，將架車機升降運行三次后，再將減速箱底部固定螺栓緊固。

圖5 彈性體磨耗值測量示意圖

4 結束語

架車機絲桿聯軸器彈性體碎裂是絲桿聯軸器故障最常見的故障方式，引起該故障的原因是多方面的，而最主要的原因就是如上面分析一樣：彈性體長期承受較大的剪切力造成部件失效。而彈性體失效對移動式架車機同步控制具有較大的安全風險。通過本次故障分析及風險分析給出了防范與建議，同時也為以后對架車機絲桿聯軸器彈性體檢修提供了理論依據。