淺析機車與城軌車輛整車公路運輸的防護問題

姚建榮

【摘 要】隨著城市化建設進程的加快，城軌車輛與電力機車均得到迅速發展，與此同時，關于電力機車和城軌車輛整車公路運輸過程中存在的防護問題得到人們的廣泛重視，其中典型的就是電力機車與城軌車輛通過整車公路運輸后，牽引電機均出現不同程度的異響，對牽引電機進行拆解可見電機軸承滾道表面有一層軸向壓痕?；诖耍陔娏C車和城軌車輛公路運輸過程中，需要注意針對電機的防護展開研究。文章以此為研究對象，就電力機車與城軌車輛運輸現狀、牽引電機的受力情況、牽引電機的異響原因及防護對策等做出總結，以期對相關從業人員有所幫助。

【關鍵詞】機車與城軌車輛;整車公路運輸;防護問題

【中圖分類號】U279.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0091-03

近年來，電力機車與城軌車輛蓬勃發展，受制于城軌車輛整車公路運輸后出現的牽引電機異常問題的影響，其面臨重大的發展阻礙。就牽引電機的異常問題來看，主要表現為牽引電機的軸向壓痕和異響，不利于機車與城軌車輛發揮正常功能。為改善這一問題，當下必須重視對機車與城軌車輛整車公路運輸中的防護問題，做出相關研究并確定處理對策，確保機車與城軌車輛整車公路運輸中的安全[1]。

1 城軌車輛整車公路運輸現狀分析

電力機車與城軌車輛作為目前城市軌道交通中主要的運輸設備，在社會不斷發展和城市軌道交通建設不斷加速的背景下，其運輸問題成為人們關注的重點。目前，電力機車與城軌車輛主要通過鐵路和公路進行運輸，由于部分城市在設計前沒有充分考慮到鐵路在城軌車輛運輸方便的使用需求，因此部分城市只能通過公路進行城軌車輛的運輸。城軌車輛在公路運輸的過程中，考慮到實際的運輸距離相對較長，而且運輸過程中路況無法準確預測，城軌車輛在運輸過程中可能會發生磕碰等一系列問題，影響到城軌車輛的外觀甚至是城軌車輛的使用功能，這類故障問題中以牽引電機軸承損傷最為常見，也是目前影響電力機車與城軌車輛進一步發展的關鍵，需要深入研究并解決以提升電力機車與城軌車輛的運輸質量，促進城市化建設[2]。對公路運輸下的城軌車輛牽引電機進行拆解后發現，牽引電機內部未發現肉眼可見的異常，驅動端軸承外圈與內圈滾道表面可見多條軸向的壓痕且壓痕呈現為規律性，觀察非驅動的軸承內外圈滾道并未發現肉眼可見的壓痕[3-5]，壓痕對牽引電機外觀造成影響的同時也直接影響其使用性能，造成使用過程中的各類故障問題。

2 城軌車輛整車公路運輸中牽引電機軸承受力分析

城軌車輛整車公路運輸過程中，牽引電機及其他組成部件如聯軸節、齒輪箱等受力狀況分析如下：？譹？訛牽引電機與轉向架之間大多通過螺栓進行剛性連接，與聯軸節及齒輪箱等則通過錐面剛性連接[6]。？譺？訛聯軸節之間的連接方式為鼓形滑動齒輪，雖然能允許在一定范圍值內進行軸向位移，但是如果位置量超過極限值，則會呈現為剛性連接的性能。？譻？訛牽引電機的定子與轉子之間通過絕緣軸承相互連接，考慮到兩者之間的間隙，在進行軸承設計時也會保留一定間隙，運輸過程中如果電機轉子受到不同方向的沖擊力，沖擊力將會傳遞到軸承、滾子及滾道上[7]。

綜合以上分析，軸承內外圈滾道產生的軸向規則狀壓痕的原因為軸承在非旋轉狀態下受到外力沖擊所致。

3 城軌車輛整車公路運輸中牽引電機異響原因分析

正常情況下進行電機軸承的設計時，軸承滾子的硬度要求要高于軸承滾道，城軌車輛在運輸過程中牽引電機受到不同方向的作用力，軸承滾子會壓迫到軸承滾道，在軸承滾道上造成7條壓痕，最終形成條狀的凹坑。軸承滾子在凹坑內表現為不規則性的平滑移動，撞擊軸承滾道上的不同平面進而產生異響[8]，這一情況在電機運行狀態下最為明顯，每當軸承滾子經過軸承滾道上不平衡位置，都將產生震動并發出異響[9]。

除以上最為常見的內容外，軸承滾道與軸承滾子之間通過油膜層進行潤滑，電機在持續處于高速運轉狀態時，軸承滾子不斷且高速經過軸承滾道上的不平衡位置并產生震動，長期影響下起潤滑作用的高壓油膜會發生損傷，最終被破壞，喪失軸承滾子與軸承滾道運行狀態中的潤滑作用[10]。

城軌車輛整車公路運輸結束后現場安裝并運行，持續一段時間后發生大范圍的牽引電機異響問題，觀察牽引電機的外部狀況未見任何損傷，對牽引電機進行解體后發現，內部的圓柱滾子軸承外觀也沒有明顯異常，內外圈相互匹配。對軸承進行解體后可見其內部的軸承滾道上存在非常明顯的壓痕，觀察軸承滾子上面無任何異常，對比壓痕與軸承滾子的情況，可判斷軸承滾道上的壓痕為橫向作用力下的軸承滾子所致[11]，解體后的其他軸承部件無異常情況。電機轉子在城軌車輛整車公路運輸過程中，通過軸承與定子外殼相互連接，承受了軸向的巨大載荷，雖然軸承在軸向留出了一定孔隙，但是外部作用力仍會造成巨大的位移量，進而造成牽引電機損傷[12]。

城軌車輛整車在公路運輸過程中，電機轉子處于相對靜止的狀態，軸承滾動體與內外圈軌道也處于相互靜止的狀態，但路況等外部因素的影響會直接打破這種靜止狀態，造成軸承滾子在軸向和縱向之間發生相對運動，再加上軸承滾子硬度高于軸承滾道，潤滑油膜在城軌車輛整車的公路運輸過程中并未建立起來，這種相對運動會直接造成軸承滾道損傷，在軸承滾道上形成凹坑[13]。當城軌車輛公路運輸結束并投入使用時，軸承轉子會在工作時持續處于高速運轉狀態，在經過軸承滾道的壓痕位置時震動并發出異常聲音，震動經過軸承滾道和軸承轉子的放大并傳輸到外部，形成牽引電機運轉過程中的異常噪音。值得注意的是，這種噪音會因為軸承轉子的運轉速度而發生變化，而且長期存在這種噪音會造成油膜損傷，最終損壞電機，甚至造成一系列不良事故[14-15]。

4 城軌車輛整車公路運輸中牽引電機防護理論分析

通過城軌車輛在整車公路運輸過程中的受力狀態分析及電機異響原因分析，想要減輕公路運輸過程中的軸承損傷，需要注意在運輸過程中避免強烈的外界沖擊震動，確保電機軸承內部不產生相對運動。目前，城軌車輛整車公路運輸中在電機的轉子和定子之間設置了一定的間隙，確保其可以在軸向及徑向之間發生相對運動，公路運輸過程中外部的運動軸承需要通過剛性約束消除兩者的間隙，進而減輕震動和運動，確保軸承之間不會發生假性布氏壓痕問題[16]。

5 城軌車輛整車公路運輸中牽引電機防護建議

5.1 安裝運輸鎖

為減輕城軌車輛運輸過程中可能產生的牽引電機故障問題，電機供應商已經著手在設計階段加以解決，最常用的手段就是在電機的非傳動端安裝運輸鎖，運輸鎖的構成部分為六角螺釘和六角螺母，安裝時首先將六角螺釘擰緊，然后反向擰緊六角螺母，確保軸承處于剛性固定狀態，避免軸承轉子在運輸過程中在軸向與徑向上發生運動和振動[17]。同時，在日常使用的過程中為保障對應設備在運轉過程中的安全性，需要對運輸鎖的各方面情況進行密切的觀察，及時分析是否存在異常情況，以便及時進行處理，并且對應的設備管理人員更需要做好對應的記錄工作，確保運輸鎖在實際使用過程中的安全性。

5.2 解耦聯軸節

解耦聯軸節通過將電機側聯軸節與齒輪箱側聯軸節相互脫開，使用防水袋進行聯軸節的包裹和收緊，電機運輸防護板會鋪設在兩側的聯軸器之間，電機上的螺孔被安裝并完全旋緊。齒輪箱側聯軸節用鎖緊帶豎直穿過電機運輸防護壓板與齒輪箱側聯軸器中間的縫隙，并繞齒輪箱一圈，使得鎖緊帶壓住半個聯軸節，然后用鎖緊帶的棘輪鎖緊裝置鎖緊。

運輸鎖具有操作簡單且有效的特點，但需要牽引電機的供應商正確認識到城軌整車公路運輸中的問題，從而按照正確的方式進行安裝，就目前國內外牽引電機制造商的認知狀況來看，很少有在設計階段考慮到城軌車輛整車公路運輸的安全問題，直接造成運輸鎖在國內的應用受到限制，引發防護困難的問題[18]。解耦聯軸節相較于運輸鎖防護相對困難，需要借助電機上的部件進行固定，因此對電機的結構有著硬性要求，只適用于部分牽引電機的整車公路運輸。在具體使用的過程中，為確保運輸鎖的整體使用效果和在運輸過程中的安全性，需要結合車輛的具體情況對運輸鎖的規格和型號等進行科學的選擇，保障其在具體使用過程中的安全性和有效性等。

綜合以上問題及對策，想要順利實現城軌車輛整車運輸中牽引電機異響防護，需要設置一個自適應的電機防護裝置，其必須具備良好的適應性、通用性，可以用于多種類型城軌車輛牽引電機的防護，只需要較小的空間即可完成安裝和使用，具體情況如下。

牽引電機的公路運輸防護中以電機軸進行定位，使用結合牽引電機狀況設計的夾板進行電機軸頭的固定，之后通過夾板上的對應孔位與牽引電極上的螺紋進行緊固。針對一般使用到的牽引電機，夾板上需要開設4個螺紋孔，4個螺紋孔通過螺釘固定到牽引電機的電機軸上并旋緊螺釘。通過上述方法固定電機軸，軸承轉子與軸承滾道之間的間隙會被拉力抵消掉一部分，外部振動作用到牽引電機上時，整個牽引電機如同一個剛形體，各個部件之間不會發生相對運動，此時電機軸承就得到有效保護。夾板由上下兩個部分組成，使用過程中兩側夾板均開設了用于緊固螺釘的螺紋孔，實際運用中可以省去一邊夾板的螺紋孔，避免緊固過程中出現裝置的定位問題。夾板中間開始一個圓弧，用于對電機軸進行夾緊和定位，圓弧中間夾緊電機軸的部位使用橡膠墊，作用是避免電機軸與夾板之間的運動而發生損傷，而且可以在緊固夾板時產生彈性的扭緊力矩，確保夾板與電機軸承之間的緊固效果。實際進行夾板圓弧的開設時，需要注意對牽引電機的電機軸尺寸進行測量，確保中間留有一定的孔隙，方便牽引電機的裝卸。墊板墊在電機外殼上，通過增大受力面積防止頂緊螺釘在電機殼上產生損傷。同時，墊板一端彎曲向上，一方面便于裝卸，另一方面防止脫落。環氧樹脂硬紙板貼在近聯軸節一側，防止在裝卸過程中碰撞聯軸節。頂緊螺釘通過施加一定的扭轉力矩從而產生一定的頂緊力，通過電機軸使電機軸承的間隙消除并產生一定的貼合力，使其在外界振動等因素作用下不產生相對運動。

針對長距離的城軌車輛公路運輸，需要將電機軸承防護裝置夾板正確安裝到牽引電機的接頭縫隙中，同時使用六角圓柱頭螺釘（M10×70）進行兩處夾板的固定，內六角圓柱螺釘（M10×40）需要正確頂住電機（非網格部分），可以使用墊板避免電機油漆在長距離的運輸過程中發生擦傷。使用工具對兩邊夾板進行緊固，確保夾板之間沒有縫隙。按照上述方法進行牽引電機的軸承防護后，將牽引電機通過公路運輸至較遠距離，均未發生任何電機批量異常噪聲的問題，整體性能較好。

6 結束語

綜上，城軌車輛整車公路運輸過程中受到運輸距離長、路況復雜等相關因素的影響，很容易出現牽引電機受到軸向沖擊作用力的情況，造成牽引電機軸向受損發生異響，還有各類物料損傷和存儲條件等負面影響。針對電機異響的問題，需要明確其發生原因，針對性地開展防護對策并加以消除，以保護牽引電機的軸承，推動全面城市化建設。在實際使用的過程中，需要結合實際情況對設備的各方面性能進行完善，以此達到提升運輸效率的目的，保障在實際運輸過程中的安全性和有效性。

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