YDJ型移動(dòng)式架車(chē)機(jī)絲桿聯(lián)軸器彈性體碎裂原因及防范

陳大浪

（廣東省國(guó)防科技技師學(xué)院，廣東廣州 510515）

移動(dòng)式架車(chē)機(jī)是通過(guò)群組同步協(xié)調(diào)作業(yè)把車(chē)廂頂升到一定高度以便于檢修和維護(hù)，是地鐵車(chē)輛段檢修庫(kù)中重要的檢修設(shè)備之一[1]，是地鐵車(chē)輛檢修、車(chē)體與轉(zhuǎn)向架分解組裝以及車(chē)底電器、制動(dòng)等模塊拆裝的必備設(shè)備，故架車(chē)機(jī)的安全性、可靠性為人們所關(guān)注[2]。

架車(chē)機(jī)上每一個(gè)零部件都是對(duì)架車(chē)機(jī)的安全性、可靠性有影響的，移動(dòng)式架車(chē)機(jī)中絲桿聯(lián)軸器彈性體，作為移動(dòng)式架車(chē)機(jī)中不可缺少的零件，假如它在工作過(guò)程中受到剪切力過(guò)大的話會(huì)導(dǎo)致碎裂，而彈性體碎裂將導(dǎo)致絲桿聯(lián)軸節(jié)彈性體失效，最終導(dǎo)致整個(gè)聯(lián)軸器失效，減速箱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞至絲桿導(dǎo)致對(duì)移動(dòng)式架車(chē)機(jī)同步控制具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)等不好影響[3]。故對(duì)架車(chē)機(jī)進(jìn)行普查也要重點(diǎn)檢查，留意它是否完好。

1 移動(dòng)式架車(chē)機(jī)絲桿聯(lián)軸器彈性體碎裂及故障分析

（1）故障的發(fā)現(xiàn)

車(chē)輛設(shè)備大修期間，車(chē)輛設(shè)備大修分部在對(duì)x號(hào)線YDJ型移動(dòng)式架車(chē)機(jī)進(jìn)行節(jié)前普查時(shí)，在2組3#移動(dòng)式架車(chē)機(jī)軸向軸承觀察口位置發(fā)現(xiàn)大量紅色聚氨酯碎片。經(jīng)過(guò)檢查，該紅色聚氨酯碎片和絲桿聯(lián)軸器彈性體材質(zhì)一致，2組3#移動(dòng)式架車(chē)機(jī)絲桿絲桿聯(lián)軸器彈性體已經(jīng)完全破碎，聯(lián)軸器其他部件未見(jiàn)異常，如圖1所示。

圖1 觀察窗底部可見(jiàn)大量紅色聚氨酯碎片

（2）故障分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)普查情況，目前有八臺(tái)移動(dòng)式架車(chē)機(jī)存在類(lèi)似問(wèn)題。該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)半聯(lián)軸器、彈性體組成[3]，如圖2。

該聯(lián)軸器安裝在電機(jī)減速箱和絲桿連接處，一側(cè)半聯(lián)軸節(jié)固定在減速箱下方，另一側(cè)半聯(lián)軸節(jié)固定在絲桿頂部。中間由彈性體聯(lián)接。該結(jié)構(gòu)適用于兩同軸線的傳動(dòng)，彈性體具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移、緩沖、減震的功能，如圖3。

x號(hào)線YDJ型移動(dòng)式架車(chē)機(jī)聯(lián)軸器彈性體型號(hào)為L(zhǎng)X9星型彈性體，屬于標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)JB/T 10466-2004星形彈性聯(lián)軸器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該聯(lián)軸器公稱扭矩為2 000 N·m，許用轉(zhuǎn)速為4 750 r/min，適用溫度范圍為-30℃～80℃，材質(zhì)要求為聚酯型聚氨酯（UR），具體及計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1[4]。

圖2 聯(lián)軸器爆炸圖

圖3 聯(lián)軸器安裝位置示意圖

表1 LX9型彈性體技術(shù)參數(shù)

計(jì)算轉(zhuǎn)矩由下式求出：

式中：TC——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；

K1——溫度系數(shù)，見(jiàn)表2；

K2——啟動(dòng)系數(shù)，見(jiàn)表3；

K3——沖擊系數(shù)，見(jiàn)表4；

Tn——公稱轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；

PW——驅(qū)動(dòng)功率，單位為kW；

n——工作轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

表2 溫度系數(shù)

表3 啟動(dòng)系數(shù)

表4 沖擊系數(shù)

根據(jù)廣州全年溫度在10℃～35℃之間，環(huán)境溫度K1選擇1.0；

根據(jù)設(shè)備每小時(shí)啟動(dòng)頻率大約為10次，啟動(dòng)次數(shù)K2選擇1.0；

沖擊系數(shù)選擇1.5；

電機(jī)額定功率為：4 kW；

減速箱輸出轉(zhuǎn)速n為：17 r/min

帶入數(shù)據(jù)：Tc=3 370.59 N·m

根據(jù)校核結(jié)果：當(dāng)電機(jī)輸出功率為額定功率59%以下時(shí)，該彈性體滿足使用要求。

彈性體作為聯(lián)軸器緩沖件、具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)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(guò)大的最主要原因是兩軸同心度偏差較大。YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)傳動(dòng)方式為電機(jī)-減速箱-聯(lián)軸節(jié)-絲桿-螺母的傳動(dòng)模式，根據(jù)圖紙分析，在絲桿底部并未設(shè)置平面球軸承，當(dāng)絲桿與減速箱輸出軸同心度存在偏差時(shí)，所有的徑向位移偏差都由彈性體補(bǔ)償[5]。

此外，彈性體老化，腐蝕性氣體液體，環(huán)境溫度過(guò)高或者過(guò)低，設(shè)備自身的共振也會(huì)造成彈性體失效的原因。五號(hào)線移動(dòng)式架車(chē)機(jī)2008年出廠，截至目前已經(jīng)使用6年，目前拆卸的彈性體對(duì)比新備件，普遍存在回彈性下降，材質(zhì)發(fā)硬的問(wèn)題。該設(shè)備放置位置為魚(yú)珠大修段7道，設(shè)備工作環(huán)境通風(fēng)良好，不存在腐蝕性氣體，環(huán)境溫度10℃～35℃之間，符合彈性體設(shè)計(jì)要求；該部位沒(méi)有潤(rùn)滑要求，拆開(kāi)聯(lián)軸器檢查彈性體表面干燥未發(fā)現(xiàn)腐蝕性油脂液體。設(shè)備自身共振問(wèn)題，因需要在更換新彈性體后長(zhǎng)期跟蹤，暫時(shí)無(wú)法確定。

根據(jù)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(qiáng)度等機(jī)械性能下降。次要原因是因YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)自身傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成所有的徑向位移偏差都由彈性體補(bǔ)償，當(dāng)絲桿與減速箱輸出軸同心度存在偏差較大時(shí)，彈性體長(zhǎng)期承受較大的剪切力造成部件失效。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)傳動(dòng)方式為電機(jī)-減速箱-聯(lián)軸節(jié)-絲桿-螺母的模式，架車(chē)機(jī)的升降高度通過(guò)安裝在電機(jī)頂部的旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行計(jì)算。

絲桿聯(lián)軸節(jié)彈性體失效產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，可從對(duì)聯(lián)軸節(jié)本身的影響和對(duì)同步控制的影響兩方面分析。

根據(jù)本文前面部分的分析可知道，該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)、彈性體組成。半聯(lián)軸節(jié)的材料為45#鋼或ZG310-570，彈性體的主要作用是補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移、緩沖、減震。當(dāng)彈性體失效時(shí)，半聯(lián)軸節(jié)金屬爪齒直接接觸，產(chǎn)生劇烈的沖擊，長(zhǎng)期將導(dǎo)致爪齒磨損甚至斷裂，并最終導(dǎo)致整個(gè)聯(lián)軸器失效，減速箱的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞至絲桿。

x號(hào)線YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)頂部，如圖4。控制原理為通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過(guò)換算，轉(zhuǎn)換為絲桿的轉(zhuǎn)速，再乘以絲桿的導(dǎo)程，換算成托頭升降的高度。即：

托頭升降高度=（旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速/減速箱減速比）×絲桿導(dǎo)程

當(dāng)彈性體失效時(shí)，聯(lián)軸器徑向間隙變大，減速箱輸出的轉(zhuǎn)速與絲桿實(shí)際轉(zhuǎn)速存在差異，造成PLC系統(tǒng)讀取的同步控制數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，架車(chē)機(jī)群組出現(xiàn)同步誤差。最極端的情況是，在單臺(tái)架車(chē)機(jī)聯(lián)軸器整體失效的狀態(tài)下，減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞至絲桿，旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)正常，PLC系統(tǒng)判斷此時(shí)架車(chē)機(jī)組同步誤差在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，但因絲桿沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致螺母沒(méi)有帶動(dòng)托頭升降動(dòng)作，實(shí)際此時(shí)架車(chē)機(jī)組同步高度已經(jīng)出現(xiàn)偏差。

根據(jù)上述分析，彈性體失效對(duì)移動(dòng)式架車(chē)機(jī)同步控制具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)[6]。

圖4 旋轉(zhuǎn)編碼器示意圖

3 防范與建議

（1）立即更換16臺(tái)五號(hào)線YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)絲桿聯(lián)軸器彈性體。

（2）修改YDJ移動(dòng)式架車(chē)機(jī)檢修規(guī)程，在半年檢增加絲桿聯(lián)軸器檢查項(xiàng)目：1）通過(guò)觀察窗目視檢查絲桿聯(lián)軸器彈性體漸開(kāi)線齒有無(wú)裂紋、氣泡和雜質(zhì)，如有裂紋、氣泡和雜質(zhì)立即更換；2）目視檢查聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)爪齒有無(wú)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(cè)量彈性體磨耗間隙，抽查兩個(gè)位置，當(dāng)任一位置磨耗間隙大于1 mm時(shí)，立即更換彈性體（圖5）[7]。

彈性體磨損嚴(yán)重的八臺(tái)移動(dòng)式架車(chē)機(jī)，在更換彈性體時(shí)，減速箱底部固定螺栓不完全固定，將架車(chē)機(jī)升降運(yùn)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(cè)量示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

架車(chē)機(jī)絲桿聯(lián)軸器彈性體碎裂是絲桿聯(lián)軸器故障最常見(jiàn)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(zhǎng)期承受較大的剪切力造成部件失效。而彈性體失效對(duì)移動(dòng)式架車(chē)機(jī)同步控制具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)本次故障分析及風(fēng)險(xiǎn)分析給出了防范與建議，同時(shí)也為以后對(duì)架車(chē)機(jī)絲桿聯(lián)軸器彈性體檢修提供了理論依據(jù)。