屏蔽門電機(jī)輪軸焊點脫焊原因分析及改進(jìn)*

陳光偉，孫康萌，曲澤超

（1.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 451460；2.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，鄭州 450000）

0 引言

城市軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)是現(xiàn)代城市地鐵和輕軌采用的一種專用設(shè)備。屏蔽門的驅(qū)動采用直流無刷電機(jī)，屏蔽門的開啟與關(guān)閉通過電機(jī)軸聯(lián)接帶輪，通過齒型同步皮帶傳動來實現(xiàn)的。這就要求驅(qū)動機(jī)構(gòu)必須具有牢固的聯(lián)接和較長的使用壽命。本文重點討論屏蔽門傳動裝置中電機(jī)輪軸脫焊造成的軸斷裂故障原因分析及改進(jìn)。

1 屏蔽門傳動裝置的工作原理

屏蔽門的傳動裝置是采用齒型同步帶傳動[1]，由1條同步帶與2個同步輪（主動輪和反向輪）系統(tǒng)組成。電機(jī)在DCU控制指令下通過減速機(jī)驅(qū)動“主動輪-皮帶-從動輪”進(jìn)行往復(fù)循環(huán)運動；連接在皮帶上的掛件，通過滾輪拖板組帶動吊掛其上的滑動門進(jìn)行往復(fù)運動，從而實現(xiàn)滑動門的開關(guān)門動作。當(dāng)需要打開滑動門時，電機(jī)輸出功率帶動主動輪順時針轉(zhuǎn)動，滑動門扇1在滑動門行走托架的帶動下向左運動，滑動門扇2在滑動門行走托架的帶動下向右運動，直到達(dá)到設(shè)定開度。當(dāng)需要關(guān)閉滑動門時，電機(jī)帶動主動輪反向轉(zhuǎn)動，滑動門扇1在滑動門行走托架的帶動下向右運動，滑動門扇2在滑動門行走托架的帶動下向左運動，直到滑動門關(guān)閉鎖緊。

圖1 屏蔽門傳動裝置工作原理示意圖

在滑動門運動過程中，電機(jī)輸出功率要滿足滑動門門體的水平載荷，保證門體在受到風(fēng)壓后，滾輪與導(dǎo)軌間的嚙合行走不受影響，運行平穩(wěn)，噪音小。一旦出現(xiàn)電機(jī)輪軸之間松動、皮帶輪轉(zhuǎn)換輪損壞等故障情況，傳動效率下降就會出現(xiàn)運行異響、電機(jī)軸斷裂、屏蔽門無法關(guān)閉等現(xiàn)象[2]。

2 故障現(xiàn)象

屏蔽門系統(tǒng)在滑動門開合時要求快速、平穩(wěn)，當(dāng)屏蔽門頂箱或固定側(cè)盒關(guān)閉時，在站臺側(cè)距離屏蔽門1 m離地1.5 m處測量屏蔽門運行時噪聲不應(yīng)大于70 dB（A）[3]。在某地鐵線路在運營過程中發(fā)現(xiàn)多個屏蔽門電機(jī)輪異響嚴(yán)重，甚至造成電機(jī)軸斷裂，增大了電機(jī)輪掉入軌行區(qū)風(fēng)險。屏蔽門無法聯(lián)動關(guān)閉，將屏蔽門隔離后，切換到手動模式推合后仍有縫隙[4]。

3 故障原因

在對產(chǎn)生異響的電機(jī)進(jìn)行檢查分析后，可從以下3個方面著手分析。

（1）故障原因一。對電機(jī)軸輪連接進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)輪和電機(jī)軸連接處焊點開裂、焊點脫焊。電機(jī)輪脫焊后導(dǎo)致電機(jī)輪和皮帶不在同一平面上，開關(guān)門時異響嚴(yán)重，輪軸中心不對稱，長時間運行過程中來回擺動，電機(jī)軸受力不均衡扭力過大造成電機(jī)軸斷裂，電機(jī)輪掉落。同時使得皮帶磨損情況加重，影響皮帶使用壽命。而焊點開裂現(xiàn)象是電機(jī)輪與電機(jī)軸連接處焊點過于單薄造成的。圖2所示為電機(jī)輪焊點與脫焊情況。

圖2 電機(jī)輪焊點與電機(jī)脫焊情況圖

（2）故障原因二。對于半高式安全門來說，除了分析電機(jī)異響現(xiàn)象外，還要觀察電機(jī)軸是否有斷裂情況。判斷電機(jī)軸斷裂的原因基本如下：滑動門皮帶張緊度過量，使電機(jī)帶長期受力作用于某一固定點，久而久之導(dǎo)致電機(jī)帶輪和從動輪偏離，不在一個平面上，此時所有的力反復(fù)作用在一個點上，導(dǎo)致疲勞斷裂。其次不排除該單元電機(jī)沒有調(diào)整到位的情況，待更換新的電機(jī)后，可重點觀察已更換的電機(jī)，記錄運行情況。圖3所示為電機(jī)帶輪和從動輪偏離情況，從圖中可以看到，調(diào)整到位的傳動裝置，3個帶輪是在同一個平面上[5]，電機(jī)連接用的螺釘也都是水平的。一旦安裝工人沒有認(rèn)真將電機(jī)調(diào)整到位，會出現(xiàn)如下情況：驅(qū)動帶輪和從動帶輪不在一個平面上，兩者之間會出現(xiàn)一個夾角。在這種情況下，驅(qū)動帶輪的運行軌跡為“∞”，所有的力都反復(fù)作用在箭頭所示位置。在長期非正常工況運行條件下，電機(jī)軸產(chǎn)生疲勞損傷，導(dǎo)致斷裂。

圖3 電機(jī)帶輪和從動輪偏離情況示意圖

（3）故障原因三。屏蔽門無法聯(lián)鎖關(guān)閉，手動模式仍存在縫隙無法關(guān)閉，可能是存在機(jī)械設(shè)備的故障。故障原因可以按以下步驟排查：首先、拆除滑動門門體與門機(jī)傳動皮帶的連接掛板螺絲，將兩側(cè)分離，分離后如能成功將滑動門關(guān)閉，排除門體部分的可能性；其次，拆除右側(cè)皮帶掛件，將右側(cè)皮帶完全拆除，拆除后測試滑動門左側(cè)皮帶部分，皮帶依然無法動作，排除右側(cè)皮帶及張緊裝置的可能性；然后，放松皮帶轉(zhuǎn)換輪螺絲，移動皮帶轉(zhuǎn)換輪從而達(dá)到松右側(cè)皮帶的目的，松右側(cè)皮帶后，測試皮帶轉(zhuǎn)換輪依然無法動作，確定故障原因為皮帶轉(zhuǎn)換輪故障；最后，更換皮帶轉(zhuǎn)換輪后，此滑動門單元可以恢復(fù)正常。

4 電機(jī)輪軸連接方式

經(jīng)過調(diào)研目前市場上生產(chǎn)屏蔽門的廠家主要有西屋、中船重工713所、四川久遠(yuǎn)等國內(nèi)外品牌，屏蔽門系統(tǒng)電機(jī)輪軸連接方式主要由以下幾種固定方式，如圖4所示。

方式1：采用熱塑冷壓（冷熱交替，部件擠壓成型），其特點為利用熱脹冷縮原理，擠壓安裝；固定強度較高，在實際運營中從未發(fā)生電機(jī)輪軸松脫故障，如圖4（a）所示。

方式2：兩點固定點焊，其特點為加工安裝簡單，工藝成本較低；固定強度較弱，由于此種方式的電機(jī)輪軸焊接處過于單薄，容易出現(xiàn)脫焊情況，增加運營風(fēng)險；如圖4（b）所示。

方式3：多處點焊，加工安裝簡單，焊接處較多，固定強度較強，輪軸焊點不易脫落，如圖4（c）所示。

圖4 電機(jī)輪軸連接方式

5 預(yù)防及改進(jìn)措施

5.1 預(yù)防措施

（1）措施1。在需要拆除大護(hù)罩的檢修當(dāng)中，可以觀察一下3個帶輪是否在同一個平面，在同一個平面的不會出現(xiàn)斷裂問題；不在同一個平面的，及時調(diào)整到位。

（2）措施2。對于機(jī)械設(shè)備故障，尤其造成屏蔽門運行異響嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致門體無法閉合的情況，很大可能是由于皮帶轉(zhuǎn)換輪故障造成的，對于此類故障可以做好以下工作：①檢修時，查看首末端非標(biāo)滑動門皮帶松緊度，皮帶過緊的要適當(dāng)調(diào)松；②要求廠家在生產(chǎn)大小輪時進(jìn)行質(zhì)量檢測，嚴(yán)格把關(guān)；③對于有問題的大小帶輪，提供備件，進(jìn)行更換；④檢修時聽大小輪是否有異響，如果有異響對大小輪進(jìn)行更換。屏蔽門專業(yè)人員加強巡檢，重點關(guān)注滑動門的運行狀態(tài)，提前采取措施，保證滑動門穩(wěn)定運行[6]。

5.2 改進(jìn)措施

由于故障電機(jī)輪軸脫焊有較大安全風(fēng)險，需要增大電機(jī)輪軸的聯(lián)接強度。為了不改變電機(jī)輪軸配合方式，不消減電機(jī)軸的強度，同時增大聯(lián)接處強度，減小變形應(yīng)力，提出對電機(jī)減速器帶輪和電機(jī)軸端頭進(jìn)行車削處理，增加軸與帶輪的接觸點焊接面積，增大焊點牢固強度，如圖5、圖6所示。

圖5 電機(jī)減速器帶輪與軸車削效果圖

圖6 電機(jī)減速器輪軸配合效果圖

考慮到減速器的傳動比和最大輸出扭矩[7]，帶輪和軸的銑削尺寸均為3 mm 3 mm；焊條采用高碳鋼的焊條，材質(zhì)與軸和帶輪的材質(zhì)相近，焊接后，變形應(yīng)力小，焊點更加牢固。

6 結(jié)束語

改進(jìn)后的電機(jī)輪軸聯(lián)結(jié)方式在不削減輪軸的強度的同時，增加了輪軸之間的接觸面積，增大了鏈接強度，減少了運動噪聲，運行更加平穩(wěn)，提高了傳動效率和可靠性[8]。經(jīng)過實驗證明，改進(jìn)后的屏蔽門傳動裝置輪軸聯(lián)接方式能夠滿足使用要求，減少了輪軸松動等帶來的運營隱患。