淺析機(jī)車與城軌車輛整車公路運(yùn)輸?shù)姆雷o(hù)問(wèn)題

姚建榮

【摘 要】隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城軌車輛與電力機(jī)車均得到迅速發(fā)展，與此同時(shí)，關(guān)于電力機(jī)車和城軌車輛整車公路運(yùn)輸過(guò)程中存在的防護(hù)問(wèn)題得到人們的廣泛重視，其中典型的就是電力機(jī)車與城軌車輛通過(guò)整車公路運(yùn)輸后，牽引電機(jī)均出現(xiàn)不同程度的異響，對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行拆解可見(jiàn)電機(jī)軸承滾道表面有一層軸向壓痕?；诖耍陔娏C(jī)車和城軌車輛公路運(yùn)輸過(guò)程中，需要注意針對(duì)電機(jī)的防護(hù)展開(kāi)研究。文章以此為研究對(duì)象，就電力機(jī)車與城軌車輛運(yùn)輸現(xiàn)狀、牽引電機(jī)的受力情況、牽引電機(jī)的異響原因及防護(hù)對(duì)策等做出總結(jié)，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員有所幫助。

【關(guān)鍵詞】機(jī)車與城軌車輛;整車公路運(yùn)輸;防護(hù)問(wèn)題

【中圖分類號(hào)】U279.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2022）04-0091-03

近年來(lái)，電力機(jī)車與城軌車輛蓬勃發(fā)展，受制于城軌車輛整車公路運(yùn)輸后出現(xiàn)的牽引電機(jī)異常問(wèn)題的影響，其面臨重大的發(fā)展阻礙。就牽引電機(jī)的異常問(wèn)題來(lái)看，主要表現(xiàn)為牽引電機(jī)的軸向壓痕和異響，不利于機(jī)車與城軌車輛發(fā)揮正常功能。為改善這一問(wèn)題，當(dāng)下必須重視對(duì)機(jī)車與城軌車輛整車公路運(yùn)輸中的防護(hù)問(wèn)題，做出相關(guān)研究并確定處理對(duì)策，確保機(jī)車與城軌車輛整車公路運(yùn)輸中的安全[1]。

1 城軌車輛整車公路運(yùn)輸現(xiàn)狀分析

電力機(jī)車與城軌車輛作為目前城市軌道交通中主要的運(yùn)輸設(shè)備，在社會(huì)不斷發(fā)展和城市軌道交通建設(shè)不斷加速的背景下，其運(yùn)輸問(wèn)題成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。目前，電力機(jī)車與城軌車輛主要通過(guò)鐵路和公路進(jìn)行運(yùn)輸，由于部分城市在設(shè)計(jì)前沒(méi)有充分考慮到鐵路在城軌車輛運(yùn)輸方便的使用需求，因此部分城市只能通過(guò)公路進(jìn)行城軌車輛的運(yùn)輸。城軌車輛在公路運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，考慮到實(shí)際的運(yùn)輸距離相對(duì)較長(zhǎng)，而且運(yùn)輸過(guò)程中路況無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，城軌車輛在運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生磕碰等一系列問(wèn)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(wèn)題中以牽引電機(jī)軸承損傷最為常見(jiàn)，也是目前影響電力機(jī)車與城軌車輛進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵，需要深入研究并解決以提升電力機(jī)車與城軌車輛的運(yùn)輸質(zhì)量，促進(jìn)城市化建設(shè)[2]。對(duì)公路運(yùn)輸下的城軌車輛牽引電機(jī)進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，牽引電機(jī)內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的異常，驅(qū)動(dòng)端軸承外圈與內(nèi)圈滾道表面可見(jiàn)多條軸向的壓痕且壓痕呈現(xiàn)為規(guī)律性，觀察非驅(qū)動(dòng)的軸承內(nèi)外圈滾道并未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的壓痕[3-5]，壓痕對(duì)牽引電機(jī)外觀造成影響的同時(shí)也直接影響其使用性能，造成使用過(guò)程中的各類故障問(wèn)題。

2 城軌車輛整車公路運(yùn)輸中牽引電機(jī)軸承受力分析

城軌車輛整車公路運(yùn)輸過(guò)程中，牽引電機(jī)及其他組成部件如聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱等受力狀況分析如下：？譹？訛牽引電機(jī)與轉(zhuǎn)向架之間大多通過(guò)螺栓進(jìn)行剛性連接，與聯(lián)軸節(jié)及齒輪箱等則通過(guò)錐面剛性連接[6]。？譺？訛聯(lián)軸節(jié)之間的連接方式為鼓形滑動(dòng)齒輪，雖然能允許在一定范圍值內(nèi)進(jìn)行軸向位移，但是如果位置量超過(guò)極限值，則會(huì)呈現(xiàn)為剛性連接的性能。？譻？訛牽引電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間通過(guò)絕緣軸承相互連接，考慮到兩者之間的間隙，在進(jìn)行軸承設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)保留一定間隙，運(yùn)輸過(guò)程中如果電機(jī)轉(zhuǎn)子受到不同方向的沖擊力，沖擊力將會(huì)傳遞到軸承、滾子及滾道上[7]。

綜合以上分析，軸承內(nèi)外圈滾道產(chǎn)生的軸向規(guī)則狀壓痕的原因?yàn)檩S承在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下受到外力沖擊所致。

3 城軌車輛整車公路運(yùn)輸中牽引電機(jī)異響原因分析

正常情況下進(jìn)行電機(jī)軸承的設(shè)計(jì)時(shí)，軸承滾子的硬度要求要高于軸承滾道，城軌車輛在運(yùn)輸過(guò)程中牽引電機(jī)受到不同方向的作用力，軸承滾子會(huì)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(nèi)表現(xiàn)為不規(guī)則性的平滑移動(dòng)，撞擊軸承滾道上的不同平面進(jìn)而產(chǎn)生異響[8]，這一情況在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下最為明顯，每當(dāng)軸承滾子經(jīng)過(guò)軸承滾道上不平衡位置，都將產(chǎn)生震動(dòng)并發(fā)出異響[9]。

除以上最為常見(jiàn)的內(nèi)容外，軸承滾道與軸承滾子之間通過(guò)油膜層進(jìn)行潤(rùn)滑，電機(jī)在持續(xù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸承滾子不斷且高速經(jīng)過(guò)軸承滾道上的不平衡位置并產(chǎn)生震動(dòng)，長(zhǎng)期影響下起潤(rùn)滑作用的高壓油膜會(huì)發(fā)生損傷，最終被破壞，喪失軸承滾子與軸承滾道運(yùn)行狀態(tài)中的潤(rùn)滑作用[10]。

城軌車輛整車公路運(yùn)輸結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)安裝并運(yùn)行，持續(xù)一段時(shí)間后發(fā)生大范圍的牽引電機(jī)異響問(wèn)題，觀察牽引電機(jī)的外部狀況未見(jiàn)任何損傷，對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部的圓柱滾子軸承外觀也沒(méi)有明顯異常，內(nèi)外圈相互匹配。對(duì)軸承進(jìn)行解體后可見(jiàn)其內(nèi)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(wú)任何異常，對(duì)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(wú)異常情況。電機(jī)轉(zhuǎn)子在城軌車輛整車公路運(yùn)輸過(guò)程中，通過(guò)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(huì)造成巨大的位移量，進(jìn)而造成牽引電機(jī)損傷[12]。

城軌車輛整車在公路運(yùn)輸過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，軸承滾動(dòng)體與內(nèi)外圈軌道也處于相互靜止的狀態(tài)，但路況等外部因素的影響會(huì)直接打破這種靜止?fàn)顟B(tài)，造成軸承滾子在軸向和縱向之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，再加上軸承滾子硬度高于軸承滾道，潤(rùn)滑油膜在城軌車輛整車的公路運(yùn)輸過(guò)程中并未建立起來(lái)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)直接造成軸承滾道損傷，在軸承滾道上形成凹坑[13]。當(dāng)城軌車輛公路運(yùn)輸結(jié)束并投入使用時(shí)，軸承轉(zhuǎn)子會(huì)在工作時(shí)持續(xù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在經(jīng)過(guò)軸承滾道的壓痕位置時(shí)震動(dòng)并發(fā)出異常聲音，震動(dòng)經(jīng)過(guò)軸承滾道和軸承轉(zhuǎn)子的放大并傳輸?shù)酵獠浚纬蔂恳姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的異常噪音。值得注意的是，這種噪音會(huì)因?yàn)檩S承轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度而發(fā)生變化，而且長(zhǎng)期存在這種噪音會(huì)造成油膜損傷，最終損壞電機(jī)，甚至造成一系列不良事故[14-15]。

4 城軌車輛整車公路運(yùn)輸中牽引電機(jī)防護(hù)理論分析

通過(guò)城軌車輛在整車公路運(yùn)輸過(guò)程中的受力狀態(tài)分析及電機(jī)異響原因分析，想要減輕公路運(yùn)輸過(guò)程中的軸承損傷，需要注意在運(yùn)輸過(guò)程中避免強(qiáng)烈的外界沖擊震動(dòng)，確保電機(jī)軸承內(nèi)部不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。目前，城軌車輛整車公路運(yùn)輸中在電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置了一定的間隙，確保其可以在軸向及徑向之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，公路運(yùn)輸過(guò)程中外部的運(yùn)動(dòng)軸承需要通過(guò)剛性約束消除兩者的間隙，進(jìn)而減輕震動(dòng)和運(yùn)動(dòng)，確保軸承之間不會(huì)發(fā)生假性布氏壓痕問(wèn)題[16]。

5 城軌車輛整車公路運(yùn)輸中牽引電機(jī)防護(hù)建議

5.1 安裝運(yùn)輸鎖

為減輕城軌車輛運(yùn)輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的牽引電機(jī)故障問(wèn)題，電機(jī)供應(yīng)商已經(jīng)著手在設(shè)計(jì)階段加以解決，最常用的手段就是在電機(jī)的非傳動(dòng)端安裝運(yùn)輸鎖，運(yùn)輸鎖的構(gòu)成部分為六角螺釘和六角螺母，安裝時(shí)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(tài)，避免軸承轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸過(guò)程中在軸向與徑向上發(fā)生運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)[17]。同時(shí)，在日常使用的過(guò)程中為保障對(duì)應(yīng)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全性，需要對(duì)運(yùn)輸鎖的各方面情況進(jìn)行密切的觀察，及時(shí)分析是否存在異常情況，以便及時(shí)進(jìn)行處理，并且對(duì)應(yīng)的設(shè)備管理人員更需要做好對(duì)應(yīng)的記錄工作，確保運(yùn)輸鎖在實(shí)際使用過(guò)程中的安全性。

5.2 解耦聯(lián)軸節(jié)

解耦聯(lián)軸節(jié)通過(guò)將電機(jī)側(cè)聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱側(cè)聯(lián)軸節(jié)相互脫開(kāi)，使用防水袋進(jìn)行聯(lián)軸節(jié)的包裹和收緊，電機(jī)運(yùn)輸防護(hù)板會(huì)鋪設(shè)在兩側(cè)的聯(lián)軸器之間，電機(jī)上的螺孔被安裝并完全旋緊。齒輪箱側(cè)聯(lián)軸節(jié)用鎖緊帶豎直穿過(guò)電機(jī)運(yùn)輸防護(hù)壓板與齒輪箱側(cè)聯(lián)軸器中間的縫隙，并繞齒輪箱一圈，使得鎖緊帶壓住半個(gè)聯(lián)軸節(jié)，然后用鎖緊帶的棘輪鎖緊裝置鎖緊。

運(yùn)輸鎖具有操作簡(jiǎn)單且有效的特點(diǎn)，但需要牽引電機(jī)的供應(yīng)商正確認(rèn)識(shí)到城軌整車公路運(yùn)輸中的問(wèn)題，從而按照正確的方式進(jìn)行安裝，就目前國(guó)內(nèi)外牽引電機(jī)制造商的認(rèn)知狀況來(lái)看，很少有在設(shè)計(jì)階段考慮到城軌車輛整車公路運(yùn)輸?shù)陌踩珕?wèn)題，直接造成運(yùn)輸鎖在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用受到限制，引發(fā)防護(hù)困難的問(wèn)題[18]。解耦聯(lián)軸節(jié)相較于運(yùn)輸鎖防護(hù)相對(duì)困難，需要借助電機(jī)上的部件進(jìn)行固定，因此對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有著硬性要求，只適用于部分牽引電機(jī)的整車公路運(yùn)輸。在具體使用的過(guò)程中，為確保運(yùn)輸鎖的整體使用效果和在運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，需要結(jié)合車輛的具體情況對(duì)運(yùn)輸鎖的規(guī)格和型號(hào)等進(jìn)行科學(xué)的選擇，保障其在具體使用過(guò)程中的安全性和有效性等。

綜合以上問(wèn)題及對(duì)策，想要順利實(shí)現(xiàn)城軌車輛整車運(yùn)輸中牽引電機(jī)異響防護(hù)，需要設(shè)置一個(gè)自適應(yīng)的電機(jī)防護(hù)裝置，其必須具備良好的適應(yīng)性、通用性，可以用于多種類型城軌車輛牽引電機(jī)的防護(hù)，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(jī)的公路運(yùn)輸防護(hù)中以電機(jī)軸進(jìn)行定位，使用結(jié)合牽引電機(jī)狀況設(shè)計(jì)的夾板進(jìn)行電機(jī)軸頭的固定，之后通過(guò)夾板上的對(duì)應(yīng)孔位與牽引電極上的螺紋進(jìn)行緊固。針對(duì)一般使用到的牽引電機(jī)，夾板上需要開(kāi)設(shè)4個(gè)螺紋孔，4個(gè)螺紋孔通過(guò)螺釘固定到牽引電機(jī)的電機(jī)軸上并旋緊螺釘。通過(guò)上述方法固定電機(jī)軸，軸承轉(zhuǎn)子與軸承滾道之間的間隙會(huì)被拉力抵消掉一部分，外部振動(dòng)作用到牽引電機(jī)上時(shí)，整個(gè)牽引電機(jī)如同一個(gè)剛形體，各個(gè)部件之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)軸承就得到有效保護(hù)。夾板由上下兩個(gè)部分組成，使用過(guò)程中兩側(cè)夾板均開(kāi)設(shè)了用于緊固螺釘?shù)穆菁y孔，實(shí)際運(yùn)用中可以省去一邊夾板的螺紋孔，避免緊固過(guò)程中出現(xiàn)裝置的定位問(wèn)題。夾板中間開(kāi)始一個(gè)圓弧，用于對(duì)電機(jī)軸進(jìn)行夾緊和定位，圓弧中間夾緊電機(jī)軸的部位使用橡膠墊，作用是避免電機(jī)軸與夾板之間的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生損傷，而且可以在緊固夾板時(shí)產(chǎn)生彈性的扭緊力矩，確保夾板與電機(jī)軸承之間的緊固效果。實(shí)際進(jìn)行夾板圓弧的開(kāi)設(shè)時(shí)，需要注意對(duì)牽引電機(jī)的電機(jī)軸尺寸進(jìn)行測(cè)量，確保中間留有一定的孔隙，方便牽引電機(jī)的裝卸。墊板墊在電機(jī)外殼上，通過(guò)增大受力面積防止頂緊螺釘在電機(jī)殼上產(chǎn)生損傷。同時(shí)，墊板一端彎曲向上，一方面便于裝卸，另一方面防止脫落。環(huán)氧樹(shù)脂硬紙板貼在近聯(lián)軸節(jié)一側(cè)，防止在裝卸過(guò)程中碰撞聯(lián)軸節(jié)。頂緊螺釘通過(guò)施加一定的扭轉(zhuǎn)力矩從而產(chǎn)生一定的頂緊力，通過(guò)電機(jī)軸使電機(jī)軸承的間隙消除并產(chǎn)生一定的貼合力，使其在外界振動(dòng)等因素作用下不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

針對(duì)長(zhǎng)距離的城軌車輛公路運(yùn)輸，需要將電機(jī)軸承防護(hù)裝置夾板正確安裝到牽引電機(jī)的接頭縫隙中，同時(shí)使用六角圓柱頭螺釘（M10×70）進(jìn)行兩處夾板的固定，內(nèi)六角圓柱螺釘（M10×40）需要正確頂住電機(jī)（非網(wǎng)格部分），可以使用墊板避免電機(jī)油漆在長(zhǎng)距離的運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生擦傷。使用工具對(duì)兩邊夾板進(jìn)行緊固，確保夾板之間沒(méi)有縫隙。按照上述方法進(jìn)行牽引電機(jī)的軸承防護(hù)后，將牽引電機(jī)通過(guò)公路運(yùn)輸至較遠(yuǎn)距離，均未發(fā)生任何電機(jī)批量異常噪聲的問(wèn)題，整體性能較好。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上，城軌車輛整車公路運(yùn)輸過(guò)程中受到運(yùn)輸距離長(zhǎng)、路況復(fù)雜等相關(guān)因素的影響，很容易出現(xiàn)牽引電機(jī)受到軸向沖擊作用力的情況，造成牽引電機(jī)軸向受損發(fā)生異響，還有各類物料損傷和存儲(chǔ)條件等負(fù)面影響。針對(duì)電機(jī)異響的問(wèn)題，需要明確其發(fā)生原因，針對(duì)性地開(kāi)展防護(hù)對(duì)策并加以消除，以保護(hù)牽引電機(jī)的軸承，推動(dòng)全面城市化建設(shè)。在實(shí)際使用的過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)設(shè)備的各方面性能進(jìn)行完善，以此達(dá)到提升運(yùn)輸效率的目的，保障在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中的安全性和有效性。

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