武汉地铁3号线列车牵引电机架修常见问题分析

余思远 周金旺

摘要 架修是地铁列车运行达到5年或60万km后进行的修程，其中牵引电机分解检修是地铁列车架修的重要组成部分，架修也是列车牵引电机自列车交付使用后的首次拆解、维护修程。文章介绍了武汉地铁3号线使用的YQ-190-13异步牵引电动机的规格、参数等信息，并对分解检修中发现的异响问题、定子损伤问题及绝缘性能问题分析其具体原因，提出解决方案。

关键词 地铁列车;牵引电机;架修

中图分类号 U231.8 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0079-03

0 引言

牵引电机应用于地铁车辆上，是一种能够进行机电转换，为地铁列车提供动力的设备。在地铁列车架修中，牵引电机分解检修是重要的组成部分。想要提升牵引电机的安全性及稳定性，就要对检修工艺严格把关，并对检修中出现的问题予以及时分析、处理。武汉地铁3号线使用的是YQ-190-13异步牵引电动机，为4极自通风三相鼠笼式异步电机，电机位于车下，通过安装固定车座安装在车辆车架上，输出端传动轴通过联轴节与齿轮箱连接，通过传动轴、联轴节、齿轮箱、车轮的动力传递驱动列车。牵引电动机由VVVF逆变器供电，在列车牵引工况时，VVVF逆变器从受流器吸收直流电能，并转换成变压变频三相交流电，给电动机供电，电动机将电能转换成机械能驱动列车;在列车制动工况时，电动机则将机械能转换成三相交流电能，通过VVVF逆变器将三相交流电转换成直流电，向接触网反馈再生能量或将电能消耗在制动电阻上。YQ-190-13异步电动机的主要参数如表1。

在牵引电机的分解检修过程中，频繁出现转动异响、定子绕组损伤、轴承电阻测试不通过的问题，下面就针对上述三种问题具体分析、讨论。

1 牵引电机异响

牵引电机在工作时或进行空载试验时可能出现的异常声响，统称为异音故障。但根据故障原因的不同，又会出现不同的表现形式。

1.1 轴承压痕问题及原因分析

在架修工作开展前期，武汉地铁3号线发现列车运行时牵引电机存在异响情况。该异响的特点为随着电机轴转动而出现有节律且清晰的响声。用手转动电机轴时亦然。分解电机后发现传动端轴承内圈表面中部存在明显的呈滚子间距的规则的轴向线性压痕，压痕较深且手感明显。同时在较严重压痕旁发现不同程度的较轻度压痕。经过普查，共有162台电机存在明显异响的情况。武汉地铁3号线随后对这162台电机完成了整改作业，更换了其中存在压痕的传动端軸承，剩余存在轻微异响情况的牵引电机于该次架修时更换轴承。在牵引电机分解检修时，轴承压痕情况仍然普遍存在，传动端轴承的更换率在五成左右。

武汉地铁3号线牵引电机轴承压痕的形成原因为：在牵引电机运输过程中，由于运输防护的不到位，转子没有有效固定。运输颠簸时车辆构架的振动，会通过联轴节使转子在轴承游隙范围内振动，在下落过程中轴承滚珠冲击轴承内圈（轴承受力情况如图1），经过多次反复的冲击在承载区产生压痕（如图2）。由于电机转子的重量主要由轴承下部承载，而轴承滚子的硬度比轴承内圈要高，所以内圈压痕在下部会比较明显。但是若颠簸幅度比较大，轴承内圈上部也可能会产生压痕。同时由于转子可以在一定范围内转动，所以轴承内圈会在一定范围内产生多道呈滚子间距的压痕。

压痕的存在致使轴承滚子的滚道不平滑。当电机运转，轴承滚子在不平滑的内圈滚道上运行时，每次经过不平滑的压痕处就会产生异常声音。

1.2 轴承润滑问题及原因分析

在牵引电机分解检修的修前或修后试验时，常常出现电机异响情况。此类异响持续不断，且随电机转动的速度增加而增大。此时若通过注油嘴向轴承补充少量润滑脂，异响声迅速消失，则可判定为轴承润滑不充分导致的异响。轴承润滑不足，会造成轴承的不稳定振动，继而产生异响，此时往往电机振动值较高。若电机长期未补充润滑油，会导致润滑脂发干变硬，机油流失严重，轴承润滑不良，加剧轴承磨损，最终发展成保持架断裂，滚动体跌落，轴承烧结固死，致使电机轴卡死，最终烧毁电机。

由于YQ-190-13异步牵引电动机生产厂家前期要求的每年为其转动端补充19 g、非传动端补充16 g润滑脂的方案并不能完全满足轴承润滑的要求，故在该次武汉地铁3号线架修和前期开展的武汉地铁4号线架修中，因轴承润滑不足而导致异响的牵引电机数量较多。

1.3 解决方案

对于轴承压痕造成的异响问题，在检修时应仔细检查轴承外观，并对产生压痕的轴承予以更换。此外，在电机运输时，应在传动端安装运输保护装置（如图3），以固定转子。

在电机装箱发车时，应将转子轴与行进方向成直角放置（如图4），避免因为运输车的频繁加减速，造成电机转子相对于定子的轴向运动，以保护轴承。此外，由于不装箱的电机在运输时极易损坏，故运输途中一般不允许拆箱。

对于轴承润滑不足造成的异响，应在电机分解检修时更换电机内所有润滑脂。操作时需首先将电机各储油部件及传动端、非传动端轴承清洁干净，再加入新润滑脂。对于各部件润滑脂加入量与电机运转状态的问题，经过多次试验后得出了相关结论（如表2）。按表中的标准向各部件加入润滑脂不会因轴承润滑不足而造成异响，且不会因为加入较多的润滑脂导致电机废油室渗油或润滑脂从端盖出风口甩出的问题。在进行电机空载试验时，若仍有异响出现，可通过注油嘴加入少量润滑脂予以补足。

此外在电机日常使用时，为满足电机轴承的润滑要求，每年补油量已更新为传动端30 g，非传动端25 g。[1]而对于贮存期超过2年需要上线使用的备品电机，应拆解电机清洗更换新油脂。贮存期少于2年需要上线使用的备品电机，按年度补油标准予以补充润滑脂。

2 定子绕组损伤问题

截至目前已分解检修完毕的176台电机中，已出现3起定子绕组绝缘层破损问题。绕组绝缘层破损造成电机绝缘能力下降，严重时会导致绕组电流增大，局部受热，加快绕组绝缘的变质老化，甚至烧毁绕组。

2.1 定子绕组绝缘层破损的原因分析

在分解检修时，YQ-190-13异步牵引电动机使用弓形架配合假轴连接转子非输出端，并以天车起吊的方式分离或装配定子及转子。由于起限位作用的导杆尺寸偏小、长度不足，且天车不易进行细微操作等原因，会导致转子在进入或抽出定子时运动方向产生偏移，转子与定子绕组发生摩擦或碰撞，使定子绕组绝缘层破损。上述情况在电机分解检修乃至生产装配过程中均时有发生。

2.2 解决方案

对于现场定子绕组损伤的三台电机，由于损伤较浅且为单一损伤，对电机使用造成影响较小，故对损伤位置进行擦胶处理后即可保障电机的正常使用。对于分解检修中可能出现的问题，目前近期计划使用长度470 mm的导杆替代原300 mm的导杆。该长度的导杆可以保证在转子进入定子时或与定子完全分离前即限制转子的运动方向，避免转子与定子绕组的磕碰发生。

由于在电机定、转子分离或组装时使用的吊繩并非刚性材料，且天车移动不够线性等原因，即便使用长度足够的导杆，在操作时依然会出现转子移动卡滞的现象。增加了操作难度的同时，也浪费了宝贵的工时。为了解决此问题，武汉地铁3号线设计了专门用于定转子分离的移动式推车（如图5）。该推车同样通过假轴与转子非输出端连接并固定，平台可以升降的设计能够方便地将转子从存放架转移到推车上，再上升到适合组装的高度，不受工作台高度的限制。配合加长后的导杆使用，可以方便且迅速地组装或分离定、转子。既避免了定子与转子间磕碰的发生，也降低了操作难度，同时节约了工时。

由于地铁列车架、大修工作的特殊性，3号线列车架修修竣后到下一次修程有4年的窗口期，此时该推车移动式的设计更能适应地铁行业的需求，可以方便地运输至武汉地铁其他架、大修线路使用，提高工装的利用率。

3 轴承电阻测试不通过问题

YQ-190-13异步牵引电动机传动端使用NU216ECM/C4VA3091型圆柱轴承，非传动端使用6215M/C4VL0241型球轴承，均为绝缘轴承。在电机检修完成后，使用兆欧表DC500 V档位对电机轴与定子机座间进行绝缘测试时发现2台电机出现绝缘值为0的情况。由于电机在使用时转子感应电流较大，电机轴与定子基座导通会出现轴电流，轴电流局部放电能量释放产生的高温，会造成轴承发热损坏，从而产生噪声、振动，长此以往轴承将会失效，对电机的安全使用造成极大影响。

3.1 轴承电阻测试不通过原因分析

对两台轴承电阻测试不通过的电机进行分解后，分别用兆欧表DC500 V档位对两端轴承与电机端盖间进行测量，绝缘值均在10 MΩ以上，符合绝缘要求。且定子绕组绝缘层完好，并无破损情况。进一步拆解后发现传动端电机轴内油封与端盖间的环装密封齿上存在铁屑及毛刺（如图6），分析得出由于两侧环状密封齿的尺寸可能存在少许偏差，导致两侧环状密封齿直接接触，进而使得电机轴直接与定子机座导通，造成轴承绝缘测试不通过。

3.2 解决方案

对两台轴承电阻测试不通过的电机端盖及内油封环状密封齿进行打磨、清洁，在不影响密封齿功能的情况下确保两端密封齿的间隙，使绝缘轴承起到应有的效果，避免轴电流的产生。此外在电机分解检修过程中加强对环状密封齿位置的尺寸及间隙测量，确保生产过程的顺利。

4 结论

武汉地铁3号线目前已完成11列车共176台牵引电机的分解检修任务，所有故障电机经过处理后均通过修后试验并装车使用，安全运营数月无异常状况发生。该文谈论的三个问题为今后的电机分解检修工作提供了故障处理思路，进一步提升了武汉地铁3号线牵引电机检修质量。

参考文献

[1]YQ-190-13牵引电机检修维护手册[Z].中车株洲电机有限公司，2019.