武漢地鐵3號線列車牽引電機架修常見問題分析

余思遠 周金旺

摘要 架修是地鐵列車運行達到5年或60萬km后進行的修程，其中牽引電機分解檢修是地鐵列車架修的重要組成部分，架修也是列車牽引電機自列車交付使用后的首次拆解、維護修程。文章介紹了武漢地鐵3號線使用的YQ-190-13異步牽引電動機的規格、參數等信息，并對分解檢修中發現的異響問題、定子損傷問題及絕緣性能問題分析其具體原因，提出解決方案。

關鍵詞 地鐵列車;牽引電機;架修

中圖分類號 U231.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0079-03

0 引言

牽引電機應用于地鐵車輛上，是一種能夠進行機電轉換，為地鐵列車提供動力的設備。在地鐵列車架修中，牽引電機分解檢修是重要的組成部分。想要提升牽引電機的安全性及穩定性，就要對檢修工藝嚴格把關，并對檢修中出現的問題予以及時分析、處理。武漢地鐵3號線使用的是YQ-190-13異步牽引電動機，為4極自通風三相鼠籠式異步電機，電機位于車下，通過安裝固定車座安裝在車輛車架上，輸出端傳動軸通過聯軸節與齒輪箱連接，通過傳動軸、聯軸節、齒輪箱、車輪的動力傳遞驅動列車。牽引電動機由VVVF逆變器供電，在列車牽引工況時，VVVF逆變器從受流器吸收直流電能，并轉換成變壓變頻三相交流電，給電動機供電，電動機將電能轉換成機械能驅動列車;在列車制動工況時，電動機則將機械能轉換成三相交流電能，通過VVVF逆變器將三相交流電轉換成直流電，向接觸網反饋再生能量或將電能消耗在制動電阻上。YQ-190-13異步電動機的主要參數如表1。

在牽引電機的分解檢修過程中，頻繁出現轉動異響、定子繞組損傷、軸承電阻測試不通過的問題，下面就針對上述三種問題具體分析、討論。

1 牽引電機異響

牽引電機在工作時或進行空載試驗時可能出現的異常聲響，統稱為異音故障。但根據故障原因的不同，又會出現不同的表現形式。

1.1 軸承壓痕問題及原因分析

在架修工作開展前期，武漢地鐵3號線發現列車運行時牽引電機存在異響情況。該異響的特點為隨著電機軸轉動而出現有節律且清晰的響聲。用手轉動電機軸時亦然。分解電機后發現傳動端軸承內圈表面中部存在明顯的呈滾子間距的規則的軸向線性壓痕，壓痕較深且手感明顯。同時在較嚴重壓痕旁發現不同程度的較輕度壓痕。經過普查，共有162臺電機存在明顯異響的情況。武漢地鐵3號線隨后對這162臺電機完成了整改作業，更換了其中存在壓痕的傳動端軸承，剩余存在輕微異響情況的牽引電機于該次架修時更換軸承。在牽引電機分解檢修時，軸承壓痕情況仍然普遍存在，傳動端軸承的更換率在五成左右。

武漢地鐵3號線牽引電機軸承壓痕的形成原因為：在牽引電機運輸過程中，由于運輸防護的不到位，轉子沒有有效固定。運輸顛簸時車輛構架的振動，會通過聯軸節使轉子在軸承游隙范圍內振動，在下落過程中軸承滾珠沖擊軸承內圈（軸承受力情況如圖1），經過多次反復的沖擊在承載區產生壓痕（如圖2）。由于電機轉子的重量主要由軸承下部承載，而軸承滾子的硬度比軸承內圈要高，所以內圈壓痕在下部會比較明顯。但是若顛簸幅度比較大，軸承內圈上部也可能會產生壓痕。同時由于轉子可以在一定范圍內轉動，所以軸承內圈會在一定范圍內產生多道呈滾子間距的壓痕。

壓痕的存在致使軸承滾子的滾道不平滑。當電機運轉，軸承滾子在不平滑的內圈滾道上運行時，每次經過不平滑的壓痕處就會產生異常聲音。

1.2 軸承潤滑問題及原因分析

在牽引電機分解檢修的修前或修后試驗時，常常出現電機異響情況。此類異響持續不斷，且隨電機轉動的速度增加而增大。此時若通過注油嘴向軸承補充少量潤滑脂，異響聲迅速消失，則可判定為軸承潤滑不充分導致的異響。軸承潤滑不足，會造成軸承的不穩定振動，繼而產生異響，此時往往電機振動值較高。若電機長期未補充潤滑油，會導致潤滑脂發干變硬，機油流失嚴重，軸承潤滑不良，加劇軸承磨損，最終發展成保持架斷裂，滾動體跌落，軸承燒結固死，致使電機軸卡死，最終燒毀電機。

由于YQ-190-13異步牽引電動機生產廠家前期要求的每年為其轉動端補充19 g、非傳動端補充16 g潤滑脂的方案并不能完全滿足軸承潤滑的要求，故在該次武漢地鐵3號線架修和前期開展的武漢地鐵4號線架修中，因軸承潤滑不足而導致異響的牽引電機數量較多。

1.3 解決方案

對于軸承壓痕造成的異響問題，在檢修時應仔細檢查軸承外觀，并對產生壓痕的軸承予以更換。此外，在電機運輸時，應在傳動端安裝運輸保護裝置（如圖3），以固定轉子。

在電機裝箱發車時，應將轉子軸與行進方向成直角放置（如圖4），避免因為運輸車的頻繁加減速，造成電機轉子相對于定子的軸向運動，以保護軸承。此外，由于不裝箱的電機在運輸時極易損壞，故運輸途中一般不允許拆箱。

對于軸承潤滑不足造成的異響，應在電機分解檢修時更換電機內所有潤滑脂。操作時需首先將電機各儲油部件及傳動端、非傳動端軸承清潔干凈，再加入新潤滑脂。對于各部件潤滑脂加入量與電機運轉狀態的問題，經過多次試驗后得出了相關結論（如表2）。按表中的標準向各部件加入潤滑脂不會因軸承潤滑不足而造成異響，且不會因為加入較多的潤滑脂導致電機廢油室滲油或潤滑脂從端蓋出風口甩出的問題。在進行電機空載試驗時，若仍有異響出現，可通過注油嘴加入少量潤滑脂予以補足。

此外在電機日常使用時，為滿足電機軸承的潤滑要求，每年補油量已更新為傳動端30 g，非傳動端25 g。[1]而對于貯存期超過2年需要上線使用的備品電機，應拆解電機清洗更換新油脂。貯存期少于2年需要上線使用的備品電機，按年度補油標準予以補充潤滑脂。

2 定子繞組損傷問題

截至目前已分解檢修完畢的176臺電機中，已出現3起定子繞組絕緣層破損問題。繞組絕緣層破損造成電機絕緣能力下降，嚴重時會導致繞組電流增大，局部受熱，加快繞組絕緣的變質老化，甚至燒毀繞組。

2.1 定子繞組絕緣層破損的原因分析

在分解檢修時，YQ-190-13異步牽引電動機使用弓形架配合假軸連接轉子非輸出端，并以天車起吊的方式分離或裝配定子及轉子。由于起限位作用的導桿尺寸偏小、長度不足，且天車不易進行細微操作等原因，會導致轉子在進入或抽出定子時運動方向產生偏移，轉子與定子繞組發生摩擦或碰撞，使定子繞組絕緣層破損。上述情況在電機分解檢修乃至生產裝配過程中均時有發生。

2.2 解決方案

對于現場定子繞組損傷的三臺電機，由于損傷較淺且為單一損傷，對電機使用造成影響較小，故對損傷位置進行擦膠處理后即可保障電機的正常使用。對于分解檢修中可能出現的問題，目前近期計劃使用長度470 mm的導桿替代原300 mm的導桿。該長度的導桿可以保證在轉子進入定子時或與定子完全分離前即限制轉子的運動方向，避免轉子與定子繞組的磕碰發生。

由于在電機定、轉子分離或組裝時使用的吊繩并非剛性材料，且天車移動不夠線性等原因，即便使用長度足夠的導桿，在操作時依然會出現轉子移動卡滯的現象。增加了操作難度的同時，也浪費了寶貴的工時。為了解決此問題，武漢地鐵3號線設計了專門用于定轉子分離的移動式推車（如圖5）。該推車同樣通過假軸與轉子非輸出端連接并固定，平臺可以升降的設計能夠方便地將轉子從存放架轉移到推車上，再上升到適合組裝的高度，不受工作臺高度的限制。配合加長后的導桿使用，可以方便且迅速地組裝或分離定、轉子。既避免了定子與轉子間磕碰的發生，也降低了操作難度，同時節約了工時。

由于地鐵列車架、大修工作的特殊性，3號線列車架修修竣后到下一次修程有4年的窗口期，此時該推車移動式的設計更能適應地鐵行業的需求，可以方便地運輸至武漢地鐵其他架、大修線路使用，提高工裝的利用率。

3 軸承電阻測試不通過問題

YQ-190-13異步牽引電動機傳動端使用NU216ECM/C4VA3091型圓柱軸承，非傳動端使用6215M/C4VL0241型球軸承，均為絕緣軸承。在電機檢修完成后，使用兆歐表DC500 V檔位對電機軸與定子機座間進行絕緣測試時發現2臺電機出現絕緣值為0的情況。由于電機在使用時轉子感應電流較大，電機軸與定子基座導通會出現軸電流，軸電流局部放電能量釋放產生的高溫，會造成軸承發熱損壞，從而產生噪聲、振動，長此以往軸承將會失效，對電機的安全使用造成極大影響。

3.1 軸承電阻測試不通過原因分析

對兩臺軸承電阻測試不通過的電機進行分解后，分別用兆歐表DC500 V檔位對兩端軸承與電機端蓋間進行測量，絕緣值均在10 MΩ以上，符合絕緣要求。且定子繞組絕緣層完好，并無破損情況。進一步拆解后發現傳動端電機軸內油封與端蓋間的環裝密封齒上存在鐵屑及毛刺（如圖6），分析得出由于兩側環狀密封齒的尺寸可能存在少許偏差，導致兩側環狀密封齒直接接觸，進而使得電機軸直接與定子機座導通，造成軸承絕緣測試不通過。

3.2 解決方案

對兩臺軸承電阻測試不通過的電機端蓋及內油封環狀密封齒進行打磨、清潔，在不影響密封齒功能的情況下確保兩端密封齒的間隙，使絕緣軸承起到應有的效果，避免軸電流的產生。此外在電機分解檢修過程中加強對環狀密封齒位置的尺寸及間隙測量，確保生產過程的順利。

4 結論

武漢地鐵3號線目前已完成11列車共176臺牽引電機的分解檢修任務，所有故障電機經過處理后均通過修后試驗并裝車使用，安全運營數月無異常狀況發生。該文談論的三個問題為今后的電機分解檢修工作提供了故障處理思路，進一步提升了武漢地鐵3號線牽引電機檢修質量。

參考文獻

[1]YQ-190-13牽引電機檢修維護手冊[Z].中車株洲電機有限公司，2019.