屏蔽門(mén)電機(jī)輪軸焊點(diǎn)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(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)是現(xiàn)代城市地鐵和輕軌采用的一種專(zhuān)用設(shè)備。屏蔽門(mén)的驅(qū)動(dòng)采用直流無(wú)刷電機(jī)，屏蔽門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉通過(guò)電機(jī)軸聯(lián)接帶輪，通過(guò)齒型同步皮帶傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須具有牢固的聯(lián)接和較長(zhǎng)的使用壽命。本文重點(diǎn)討論屏蔽門(mén)傳動(dòng)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(mén)傳動(dòng)裝置的工作原理

屏蔽門(mén)的傳動(dòng)裝置是采用齒型同步帶傳動(dòng)[1]，由1條同步帶與2個(gè)同步輪（主動(dòng)輪和反向輪）系統(tǒng)組成。電機(jī)在DCU控制指令下通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)“主動(dòng)輪-皮帶-從動(dòng)輪”進(jìn)行往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)；連接在皮帶上的掛件，通過(guò)滾輪拖板組帶動(dòng)吊掛其上的滑動(dòng)門(mén)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。當(dāng)需要打開(kāi)滑動(dòng)門(mén)時(shí)，電機(jī)輸出功率帶動(dòng)主動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)門(mén)扇1在滑動(dòng)門(mén)行走托架的帶動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)門(mén)扇2在滑動(dòng)門(mén)行走托架的帶動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)，直到達(dá)到設(shè)定開(kāi)度。當(dāng)需要關(guān)閉滑動(dòng)門(mén)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)門(mén)扇1在滑動(dòng)門(mén)行走托架的帶動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)門(mén)扇2在滑動(dòng)門(mén)行走托架的帶動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng)，直到滑動(dòng)門(mén)關(guān)閉鎖緊。

圖1 屏蔽門(mén)傳動(dòng)裝置工作原理示意圖

在滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)輸出功率要滿(mǎn)足滑動(dòng)門(mén)門(mén)體的水平載荷，保證門(mén)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(yùn)行平穩(wěn)，噪音小。一旦出現(xiàn)電機(jī)輪軸之間松動(dòng)、皮帶輪轉(zhuǎn)換輪損壞等故障情況，傳動(dòng)效率下降就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行異響、電機(jī)軸斷裂、屏蔽門(mén)無(wú)法關(guān)閉等現(xiàn)象[2]。

2 故障現(xiàn)象

屏蔽門(mén)系統(tǒng)在滑動(dòng)門(mén)開(kāi)合時(shí)要求快速、平穩(wěn)，當(dāng)屏蔽門(mén)頂箱或固定側(cè)盒關(guān)閉時(shí)，在站臺(tái)側(cè)距離屏蔽門(mén)1 m離地1.5 m處測(cè)量屏蔽門(mén)運(yùn)行時(shí)噪聲不應(yīng)大于70 dB（A）[3]。在某地鐵線路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)多個(gè)屏蔽門(mén)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(xiǎn)。屏蔽門(mén)無(wú)法聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，將屏蔽門(mén)隔離后，切換到手動(dòng)模式推合后仍有縫隙[4]。

3 故障原因

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

（1）故障原因一。對(duì)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(diǎn)開(kāi)裂、焊點(diǎn)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(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)異響嚴(yán)重，輪軸中心不對(duì)稱(chēng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中來(lái)回?cái)[動(dòng)，電機(jī)軸受力不均衡扭力過(guò)大造成電機(jī)軸斷裂，電機(jī)輪掉落。同時(shí)使得皮帶磨損情況加重，影響皮帶使用壽命。而焊點(diǎn)開(kāi)裂現(xiàn)象是電機(jī)輪與電機(jī)軸連接處焊點(diǎn)過(guò)于單薄造成的。圖2所示為電機(jī)輪焊點(diǎn)與脫焊情況。

圖2 電機(jī)輪焊點(diǎn)與電機(jī)脫焊情況圖

（2）故障原因二。對(duì)于半高式安全門(mén)來(lái)說(shuō)，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(dòng)門(mén)皮帶張緊度過(guò)量，使電機(jī)帶長(zhǎng)期受力作用于某一固定點(diǎn)，久而久之導(dǎo)致電機(jī)帶輪和從動(dòng)輪偏離，不在一個(gè)平面上，此時(shí)所有的力反復(fù)作用在一個(gè)點(diǎn)上，導(dǎo)致疲勞斷裂。其次不排除該單元電機(jī)沒(méi)有調(diào)整到位的情況，待更換新的電機(jī)后，可重點(diǎn)觀察已更換的電機(jī)，記錄運(yùn)行情況。圖3所示為電機(jī)帶輪和從動(dòng)輪偏離情況，從圖中可以看到，調(diào)整到位的傳動(dòng)裝置，3個(gè)帶輪是在同一個(gè)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(méi)有認(rèn)真將電機(jī)調(diào)整到位，會(huì)出現(xiàn)如下情況：驅(qū)動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪不在一個(gè)平面上，兩者之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)夾角。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)帶輪的運(yùn)行軌跡為“∞”，所有的力都反復(fù)作用在箭頭所示位置。在長(zhǎng)期非正常工況運(yùn)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(dòng)輪偏離情況示意圖

（3）故障原因三。屏蔽門(mén)無(wú)法聯(lián)鎖關(guān)閉，手動(dòng)模式仍存在縫隙無(wú)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(dòng)門(mén)門(mén)體與門(mén)機(jī)傳動(dòng)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(dòng)門(mén)關(guān)閉，排除門(mén)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(cè)試滑動(dòng)門(mén)左側(cè)皮帶部分，皮帶依然無(wú)法動(dòng)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(dòng)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(cè)試皮帶轉(zhuǎn)換輪依然無(wú)法動(dòng)作，確定故障原因?yàn)槠мD(zhuǎn)換輪故障；最后，更換皮帶轉(zhuǎn)換輪后，此滑動(dòng)門(mén)單元可以恢復(fù)正常。

4 電機(jī)輪軸連接方式

經(jīng)過(guò)調(diào)研目前市場(chǎng)上生產(chǎn)屏蔽門(mén)的廠家主要有西屋、中船重工713所、四川久遠(yuǎn)等國(guó)內(nèi)外品牌，屏蔽門(mén)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(diǎn)為利用熱脹冷縮原理，擠壓安裝；固定強(qiáng)度較高，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)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(diǎn)固定點(diǎn)焊，其特點(diǎn)為加工安裝簡(jiǎn)單，工藝成本較低；固定強(qiáng)度較弱，由于此種方式的電機(jī)輪軸焊接處過(guò)于單薄，容易出現(xiàn)脫焊情況，增加運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)；如圖4（b）所示。

方式3：多處點(diǎn)焊，加工安裝簡(jiǎn)單，焊接處較多，固定強(qiáng)度較強(qiáng)，輪軸焊點(diǎn)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(gè)帶輪是否在同一個(gè)平面，在同一個(gè)平面的不會(huì)出現(xiàn)斷裂問(wèn)題；不在同一個(gè)平面的，及時(shí)調(diào)整到位。

（2）措施2。對(duì)于機(jī)械設(shè)備故障，尤其造成屏蔽門(mén)運(yùn)行異響嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致門(mén)體無(wú)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(duì)于此類(lèi)故障可以做好以下工作：①檢修時(shí)，查看首末端非標(biāo)滑動(dòng)門(mén)皮帶松緊度，皮帶過(guò)緊的要適當(dāng)調(diào)松；②要求廠家在生產(chǎn)大小輪時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，嚴(yán)格把關(guān)；③對(duì)于有問(wèn)題的大小帶輪，提供備件，進(jìn)行更換；④檢修時(shí)聽(tīng)大小輪是否有異響，如果有異響對(duì)大小輪進(jìn)行更換。屏蔽門(mén)專(zhuān)業(yè)人員加強(qiáng)巡檢，重點(diǎn)關(guān)注滑動(dòng)門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，提前采取措施，保證滑動(dòng)門(mén)穩(wěn)定運(yùn)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(xiǎn)，需要增大電機(jī)輪軸的聯(lián)接強(qiáng)度。為了不改變電機(jī)輪軸配合方式，不消減電機(jī)軸的強(qiáng)度，同時(shí)增大聯(lián)接處強(qiáng)度，減小變形應(yīng)力，提出對(duì)電機(jī)減速器帶輪和電機(jī)軸端頭進(jìn)行車(chē)削處理，增加軸與帶輪的接觸點(diǎn)焊接面積，增大焊點(diǎn)牢固強(qiáng)度，如圖5、圖6所示。

圖5 電機(jī)減速器帶輪與軸車(chē)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(dòng)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(diǎn)更加牢固。

6 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的電機(jī)輪軸聯(lián)結(jié)方式在不削減輪軸的強(qiáng)度的同時(shí)，增加了輪軸之間的接觸面積，增大了鏈接強(qiáng)度，減少了運(yùn)動(dòng)噪聲，運(yùn)行更加平穩(wěn)，提高了傳動(dòng)效率和可靠性[8]。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的屏蔽門(mén)傳動(dòng)裝置輪軸聯(lián)接方式能夠滿(mǎn)足使用要求，減少了輪軸松動(dòng)等帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)隱患。