動車組牽引電機轉軸螺紋損壞的一種解決方案及工藝驗證

張晶濤 聶倩楠

摘要 ?時速250公里標準動車組系列牽引電機在檢修過程中，永濟公司發現轉軸與轉向架連接螺紋M42經常有不同程度損壞，為保證產品質量和生產進度，合理解決這一問題，分析了造成螺紋損壞的原因，探討修復方法，并對其進行工藝驗證。

關鍵詞 ?螺紋 退軸 換軸 轉軸檢查

1. 電機概況

中車永濟電機公司為250公里速度級動車組研制生產的某型號電機，最高使用轉速6120r/min，電機為臥式、雙軸承的全疊片鼠籠式三相異步牽引電動機，四極三相制，防護式強迫通風結構，于2013年9月上線運行。

該電機轉子轉軸由高強度的鍛造合金鋼（42CrMo）制成，軸伸為1：10錐度，轉子鐵心熱套在轉軸上，通過螺紋緊配合和鐵心鍵傳遞扭矩，螺紋為M42（右旋）。

2. 螺紋損傷情況及原因分析

隨著線路增多、運行速度提高、運行里程增加，電機陸續進入高級檢修的首輪三級修修程，永濟電機公司在檢修過程中發現，電機轉子傳動端軸頭M 42螺紋第1～10扣有不同程度磨損、爛牙或缺肉情況，具體情況如圖1所示：

造成螺紋損傷的原因可能有以下幾方面：

1）配屬車輛運行線路路況復雜，多屬于山地、爬坡路段，彎道多、負載大、路線崎嶇，列車運行時轉軸受到不同方向、大小不一的力矩的影響，對螺紋產生疲勞破壞;

2）轉軸與聯軸節連接時涂抹螺紋緊固膠、密封脂等，可以有效改善螺紋的接觸表面應力狀態，但在操作過程中涂抹方法不當、密封脂或緊固劑用量不均等，造成螺紋嚙合時干摩擦或黏合過緊，增加了摩擦系數，在檢修拆卸過程中敲擊、拔拉等拆卸方法不當，容易造成螺紋磨損;

3）螺栓緊固過程中的齒面接觸壓力直接受緊固扭矩的影響，緊固力矩越大，齒面接觸壓力越高，有效螺紋處接觸應力越大，因此現場操作緊固螺栓時的過扭矩現象易造成螺紋磨損;

4）緊固螺栓時上扣速度過快，特別是開始引扣時，公母螺紋沒有達到正常嚙合狀態，其牙齒相互干涉，造成螺紋面的擠壓塑性變形;另外，上扣速度過快產生的熱量不易散發，使螺紋摩擦金屬面軟化，也會造成螺紋磨損;

5）動車組長期運行，螺紋強度、韌性、防腐性能下降，難免會造成螺紋磨損。

3. 解決方法

對于磨損不嚴重的轉軸螺紋，把磨損處清理干凈后，通常可采用焊修法、攻絲等方法修復;對于磨損嚴重的螺紋，需更換轉軸。轉軸材料為特殊合金鋼，加工工藝復雜，加工成本高、周期長，庫存量少，工期緊張，生產任務重，為了不影響檢修電機的正常交付，同時為了降低檢修電機的生產成本，需尋求更好的解決方法。

查圖發現，該系列下三種型號牽引電機新結構轉子與舊結構轉子的圖號、結構、材料等一致，且有成熟的電機更換轉軸工藝技術、完備的工裝模具等支持，可以考慮將兩種型號電機或新舊結構轉軸互相替換，實現轉軸復用。

4. 工藝驗證

4.1 轉子退軸

1）選取I型號電機轉子（報廢轉子，轉軸狀態合格），II型號電機新結構轉子（報廢轉子，鐵芯狀態合格）、舊結構轉子（報廢轉子，轉軸狀態合格），檢查轉軸接觸面、H值符合要求。

2）用機床對轉軸狀態合格的轉子鐵芯進行切割，為確保不損傷轉軸，切割至距轉軸2-3mm處;對鐵芯狀態合格的轉子則直接上工裝退軸。

3）退軸：安裝并擰緊轉子鐵芯退軸工裝;在油壓機平臺中心放置退壓軸底座;將轉軸傳動端朝下吊放在鐵芯墊塊上，軸伸端穿入鐵芯墊塊與退壓軸底座孔;油壓機持續加壓（壓力不超過60T），直至轉軸退出。

4）將轉子鐵芯吊放在鋪有橡膠墊的總裝架上，退出的轉軸放置在橡膠板上，保證轉軸之間不會有磕碰，檢查轉軸外觀，要求無嚴重拉傷，對轉軸接觸面部位、軸頭M42螺紋安裝防護工裝。

4.2 復用轉軸檢查

檢查轉軸各部位外觀，無磕碰、無高點毛刺等。將轉軸平穩吊運在動平衡機上，安裝百分表，緩慢轉動轉軸，觀測記錄百分表讀數，要求小于等于0.05mm。

用外徑千分尺檢測記錄轉軸傳動端、非傳動端軸承位尺寸，工藝標準為：傳動端軸承位尺寸 mm;非傳動端軸承位尺寸 mm。

目視檢查轉子鐵心外觀，無磕碰;檢查轉子鐵心與轉軸配合面，無拉傷、手摸無高點毛刺。用內徑千分尺檢測傳動端鐵心壓板位、非傳動端鐵心壓板位、鐵心位尺寸。工藝標準為：傳動端鐵心壓板位尺寸 mm;非傳動端軸承位尺寸 mm;鐵心位尺寸 mm。

通過對比上述檢測結果，對退出的8根復用的轉軸尺寸檢測，各項數據均符合圖紙要求。

4.3 復用轉軸和新結構鐵芯熱套

按照工藝要求，將復用轉軸與報廢新結構轉子鐵芯（報廢的新結構轉子拆卸轉軸后的鐵芯），或與新造新結構鐵芯熱套。

1） 檢查轉子鐵心通風孔與傳動端鐵心壓板、非傳動端鐵心壓板通風孔對齊，檢查傳動端鐵心壓板、非傳動端鐵心壓板與鐵心鍵槽是否對齊，如有錯位需轉動鐵心壓板對齊。

2）將轉子鐵心放入烘箱，加熱到180±5℃，保溫3-4小時;將迭壓墊圈放在油壓機平臺上，將轉軸放在墊圈孔內，將加熱好的鐵心從烘箱吊處，迅速熱套在轉軸上。

3）油壓機加壓約15-20T，將鐵心壓緊，保壓至鐵心與轉軸溫度一致，卸壓;吊出鐵心，檢查確認傳動端壓板與轉軸止動臺階之間間隙≤0.05mm，如果傳動端壓板與轉軸止動臺階之間間隙>0.05mm，則重新加壓，直到符合要求為止。

4）鐵心冷卻后，對稱、均勻拆除拉桿螺栓，將退軸工裝與轉子鐵心分離，將熱套好的轉子平穩放置在橡膠墊上，在整個操作過程中保護好轉子導條、端箍及鐵心，防止出現磕碰傷。

4.4 熱套后的轉子檢測

1）外觀檢查：

對熱套后的轉子進行外觀檢查，傳動端鐵心壓板、非傳動端鐵心壓板應無變形、無裂紋;檢查轉子導條、端箍及鐵心應無明顯磕碰傷、軸錐面無觸感傷痕;檢查傳動端鐵心壓板通風孔、非傳動端鐵心壓板通風孔與鐵心通風孔無明顯錯位。

2）尺寸檢測：

用塞尺檢測傳動端壓板與轉換止動臺階之間間隙，要求≤0.05mm。

3）徑向跳動量檢測

將轉子平穩吊運至動平衡機上，安裝百分表，檢測轉軸軸伸中部徑向跳動量，以轉子兩端軸承位為基準，軸伸中部徑向跳動量應<0.05mm。

5 結論

通過對I型電機轉子、II型電機舊結構轉子、新結構轉子轉軸報廢退出，并將復用轉軸與鐵心熱套后，檢測轉軸尺寸、鐵心的相關尺寸、數據均符合圖紙工藝要求。因此，復用轉軸方案可行，該換軸方案已在動車組檢修時實施，后續需進行跟蹤驗證。

此方案一方面降低了動車組牽引電機的檢修成本，壓縮了檢修周期，另一方面在質量保證和行車安全上提供了較為可靠的依據，為后續其他部件大螺紋的檢修提供了參考，具有一定的指導意義。

參考文獻

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