動車組牽引電機(jī)轉(zhuǎn)軸螺紋損壞的一種解決方案及工藝驗(yàn)證

張晶濤 聶倩楠

摘要 ?時速250公里標(biāo)準(zhǔn)動車組系列牽引電機(jī)在檢修過程中，永濟(jì)公司發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)向架連接螺紋M42經(jīng)常有不同程度損壞，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)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(fù)方法，并對其進(jìn)行工藝驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞 ?螺紋 退軸 換軸 轉(zhuǎn)軸檢查

1. 電機(jī)概況

中車永濟(jì)電機(jī)公司為250公里速度級動車組研制生產(chǎn)的某型號電機(jī)，最高使用轉(zhuǎn)速6120r/min，電機(jī)為臥式、雙軸承的全疊片鼠籠式三相異步牽引電動機(jī)，四極三相制，防護(hù)式強(qiáng)迫通風(fēng)結(jié)構(gòu)，于2013年9月上線運(yùn)行。

該電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸由高強(qiáng)度的鍛造合金鋼（42CrMo）制成，軸伸為1：10錐度，轉(zhuǎn)子鐵心熱套在轉(zhuǎn)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(yùn)行速度提高、運(yùn)行里程增加，電機(jī)陸續(xù)進(jìn)入高級檢修的首輪三級修修程，永濟(jì)電機(jī)公司在檢修過程中發(fā)現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)行線路路況復(fù)雜，多屬于山地、爬坡路段，彎道多、負(fù)載大、路線崎嶇，列車運(yùn)行時轉(zhuǎn)軸受到不同方向、大小不一的力矩的影響，對螺紋產(chǎn)生疲勞破壞;

2）轉(zhuǎn)軸與聯(lián)軸節(jié)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(yīng)力狀態(tài)，但在操作過程中涂抹方法不當(dāng)、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(shù)，在檢修拆卸過程中敲擊、拔拉等拆卸方法不當(dāng)，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(yīng)力越大，因此現(xiàn)場操作緊固螺栓時的過扭矩現(xiàn)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(dá)到正常嚙合狀態(tài)，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(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，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(yùn)行，螺紋強(qiáng)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(yán)重的轉(zhuǎn)軸螺紋，把磨損處清理干凈后，通?？刹捎煤感薹ā⒐ソz等方法修復(fù);對于磨損嚴(yán)重的螺紋，需更換轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸材料為特殊合金鋼，加工工藝復(fù)雜，加工成本高、周期長，庫存量少，工期緊張，生產(chǎn)任務(wù)重，為了不影響檢修電機(jī)的正常交付，同時為了降低檢修電機(jī)的生產(chǎn)成本，需尋求更好的解決方法。

查圖發(fā)現(xiàn)，該系列下三種型號牽引電機(jī)新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子與舊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的圖號、結(jié)構(gòu)、材料等一致，且有成熟的電機(jī)更換轉(zhuǎn)軸工藝技術(shù)、完備的工裝模具等支持，可以考慮將兩種型號電機(jī)或新舊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸互相替換，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸復(fù)用。

4. 工藝驗(yàn)證

4.1 轉(zhuǎn)子退軸

1）選取I型號電機(jī)轉(zhuǎn)子（報廢轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸狀態(tài)合格），II型號電機(jī)新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子（報廢轉(zhuǎn)子，鐵芯狀態(tài)合格）、舊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子（報廢轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸狀態(tài)合格），檢查轉(zhuǎn)軸接觸面、H值符合要求。

2）用機(jī)床對轉(zhuǎn)軸狀態(tài)合格的轉(zhuǎn)子鐵芯進(jìn)行切割，為確保不損傷轉(zhuǎn)軸，切割至距轉(zhuǎn)軸2-3mm處;對鐵芯狀態(tài)合格的轉(zhuǎn)子則直接上工裝退軸。

3）退軸：安裝并擰緊轉(zhuǎn)子鐵芯退軸工裝;在油壓機(jī)平臺中心放置退壓軸底座;將轉(zhuǎn)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(jī)持續(xù)加壓（壓力不超過60T），直至轉(zhuǎn)軸退出。

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

4.2 復(fù)用轉(zhuǎn)軸檢查

檢查轉(zhuǎn)軸各部位外觀，無磕碰、無高點(diǎn)毛刺等。將轉(zhuǎn)軸平穩(wěn)吊運(yùn)在動平衡機(jī)上，安裝百分表，緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，觀測記錄百分表讀數(shù)，要求小于等于0.05mm。

用外徑千分尺檢測記錄轉(zhuǎn)軸傳動端、非傳動端軸承位尺寸，工藝標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)子鐵心外觀，無磕碰;檢查轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)軸配合面，無拉傷、手摸無高點(diǎn)毛刺。用內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果，對退出的8根復(fù)用的轉(zhuǎn)軸尺寸檢測，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合圖紙要求。

4.3 復(fù)用轉(zhuǎn)軸和新結(jié)構(gòu)鐵芯熱套

按照工藝要求，將復(fù)用轉(zhuǎn)軸與報廢新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵芯（報廢的新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子拆卸轉(zhuǎn)軸后的鐵芯），或與新造新結(jié)構(gòu)鐵芯熱套。

1） 檢查轉(zhuǎn)子鐵心通風(fēng)孔與傳動端鐵心壓板、非傳動端鐵心壓板通風(fēng)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(zhuǎn)動鐵心壓板對齊。

2）將轉(zhuǎn)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(jī)平臺上，將轉(zhuǎn)軸放在墊圈孔內(nèi)，將加熱好的鐵心從烘箱吊處，迅速熱套在轉(zhuǎn)軸上。

3）油壓機(jī)加壓約15-20T，將鐵心壓緊，保壓至鐵心與轉(zhuǎn)軸溫度一致，卸壓;吊出鐵心，檢查確認(rèn)傳動端壓板與轉(zhuǎn)軸止動臺階之間間隙≤0.05mm，如果傳動端壓板與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子鐵心分離，將熱套好的轉(zhuǎn)子平穩(wěn)放置在橡膠墊上，在整個操作過程中保護(hù)好轉(zhuǎn)子導(dǎo)條、端箍及鐵心，防止出現(xiàn)磕碰傷。

4.4 熱套后的轉(zhuǎn)子檢測

1）外觀檢查：

對熱套后的轉(zhuǎn)子進(jìn)行外觀檢查，傳動端鐵心壓板、非傳動端鐵心壓板應(yīng)無變形、無裂紋;檢查轉(zhuǎn)子導(dǎo)條、端箍及鐵心應(yīng)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(fēng)孔、非傳動端鐵心壓板通風(fēng)孔與鐵心通風(fēng)孔無明顯錯位。

2）尺寸檢測：

用塞尺檢測傳動端壓板與轉(zhuǎn)換止動臺階之間間隙，要求≤0.05mm。

3）徑向跳動量檢測

將轉(zhuǎn)子平穩(wěn)吊運(yùn)至動平衡機(jī)上，安裝百分表，檢測轉(zhuǎn)軸軸伸中部徑向跳動量，以轉(zhuǎn)子兩端軸承位為基準(zhǔn)，軸伸中部徑向跳動量應(yīng)<0.05mm。

5 結(jié)論

通過對I型電機(jī)轉(zhuǎn)子、II型電機(jī)舊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子、新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸報廢退出，并將復(fù)用轉(zhuǎn)軸與鐵心熱套后，檢測轉(zhuǎn)軸尺寸、鐵心的相關(guān)尺寸、數(shù)據(jù)均符合圖紙工藝要求。因此，復(fù)用轉(zhuǎn)軸方案可行，該換軸方案已在動車組檢修時實(shí)施，后續(xù)需進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證。

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

參考文獻(xiàn)

【1】于聰， 楊松， 楊新宇， 等. CRH5 型動車組構(gòu)架螺紋孔修復(fù)的可行性研究[J]. 中國高新區(qū)， 2017 （17）： 121.

【2】劉長杰， 李新榮， 王興隆， 等. 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子主軸螺紋損壞修復(fù)技術(shù)探討[J]. 今日科苑， 2008 （18）： 91-91.

【3】范浩思， 韓威， 李彥軍， 等. 鉆具螺紋受力及失效形式分析[J]. 新疆石油科技， 2017， 27（2）： 43-45.