浅析机车与城轨车辆整车公路运输的防护问题

姚建荣

【摘 要】随着城市化建设进程的加快，城轨车辆与电力机车均得到迅速发展，与此同时，关于电力机车和城轨车辆整车公路运输过程中存在的防护问题得到人们的广泛重视，其中典型的就是电力机车与城轨车辆通过整车公路运输后，牵引电机均出现不同程度的异响，对牵引电机进行拆解可见电机轴承滚道表面有一层轴向压痕。基于此，在电力机车和城轨车辆公路运输过程中，需要注意针对电机的防护展开研究。文章以此为研究对象，就电力机车与城轨车辆运输现状、牵引电机的受力情况、牵引电机的异响原因及防护对策等做出总结，以期对相关从业人员有所帮助。

【关键词】机车与城轨车辆;整车公路运输;防护问题

【中图分类号】U279.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0091-03

近年来，电力机车与城轨车辆蓬勃发展，受制于城轨车辆整车公路运输后出现的牵引电机异常问题的影响，其面临重大的发展阻碍。就牵引电机的异常问题来看，主要表现为牵引电机的轴向压痕和异响，不利于机车与城轨车辆发挥正常功能。为改善这一问题，当下必须重视对机车与城轨车辆整车公路运输中的防护问题，做出相关研究并确定处理对策，确保机车与城轨车辆整车公路运输中的安全[1]。

1 城轨车辆整车公路运输现状分析

电力机车与城轨车辆作为目前城市轨道交通中主要的运输设备，在社会不断发展和城市轨道交通建设不断加速的背景下，其运输问题成为人们关注的重点。目前，电力机车与城轨车辆主要通过铁路和公路进行运输，由于部分城市在设计前没有充分考虑到铁路在城轨车辆运输方便的使用需求，因此部分城市只能通过公路进行城轨车辆的运输。城轨车辆在公路运输的过程中，考虑到实际的运输距离相对较长，而且运输过程中路况无法准确预测，城轨车辆在运输过程中可能会发生磕碰等一系列问题，影响到城轨车辆的外观甚至是城轨车辆的使用功能，这类故障问题中以牵引电机轴承损伤最为常见，也是目前影响电力机车与城轨车辆进一步发展的关键，需要深入研究并解决以提升电力机车与城轨车辆的运输质量，促进城市化建设[2]。对公路运输下的城轨车辆牵引电机进行拆解后发现，牵引电机内部未发现肉眼可见的异常，驱动端轴承外圈与内圈滚道表面可见多条轴向的压痕且压痕呈现为规律性，观察非驱动的轴承内外圈滚道并未发现肉眼可见的压痕[3-5]，压痕对牵引电机外观造成影响的同时也直接影响其使用性能，造成使用过程中的各类故障问题。

2 城轨车辆整车公路运输中牵引电机轴承受力分析

城轨车辆整车公路运输过程中，牵引电机及其他组成部件如联轴节、齿轮箱等受力状况分析如下：？譹？訛牵引电机与转向架之间大多通过螺栓进行刚性连接，与联轴节及齿轮箱等则通过锥面刚性连接[6]。？譺？訛联轴节之间的连接方式为鼓形滑动齿轮，虽然能允许在一定范围值内进行轴向位移，但是如果位置量超过极限值，则会呈现为刚性连接的性能。？譻？訛牵引电机的定子与转子之间通过绝缘轴承相互连接，考虑到两者之间的间隙，在进行轴承设计时也会保留一定间隙，运输过程中如果电机转子受到不同方向的冲击力，冲击力将会传递到轴承、滚子及滚道上[7]。

综合以上分析，轴承内外圈滚道产生的轴向规则状压痕的原因为轴承在非旋转状态下受到外力冲击所致。

3 城轨车辆整车公路运输中牵引电机异响原因分析

正常情况下进行电机轴承的设计时，轴承滚子的硬度要求要高于轴承滚道，城轨车辆在运输过程中牵引电机受到不同方向的作用力，轴承滚子会压迫到轴承滚道，在轴承滚道上造成7条压痕，最终形成条状的凹坑。轴承滚子在凹坑内表现为不规则性的平滑移动，撞击轴承滚道上的不同平面进而产生异响[8]，这一情况在电机运行状态下最为明显，每当轴承滚子经过轴承滚道上不平衡位置，都将产生震动并发出异响[9]。

除以上最为常见的内容外，轴承滚道与轴承滚子之间通过油膜层进行润滑，电机在持续处于高速运转状态时，轴承滚子不断且高速经过轴承滚道上的不平衡位置并产生震动，长期影响下起润滑作用的高压油膜会发生损伤，最终被破坏，丧失轴承滚子与轴承滚道运行状态中的润滑作用[10]。

城轨车辆整车公路运输结束后现场安装并运行，持续一段时间后发生大范围的牵引电机异响问题，观察牵引电机的外部状况未见任何损伤，对牵引电机进行解体后发现，内部的圆柱滚子轴承外观也没有明显异常，内外圈相互匹配。对轴承进行解体后可见其内部的轴承滚道上存在非常明显的压痕，观察轴承滚子上面无任何异常，对比压痕与轴承滚子的情况，可判断轴承滚道上的压痕为横向作用力下的轴承滚子所致[11]，解体后的其他轴承部件无异常情况。电机转子在城轨车辆整车公路运输过程中，通过轴承与定子外壳相互连接，承受了轴向的巨大载荷，虽然轴承在轴向留出了一定孔隙，但是外部作用力仍會造成巨大的位移量，进而造成牵引电机损伤[12]。

城轨车辆整车在公路运输过程中，电机转子处于相对静止的状态，轴承滚动体与内外圈轨道也处于相互静止的状态，但路况等外部因素的影响会直接打破这种静止状态，造成轴承滚子在轴向和纵向之间发生相对运动，再加上轴承滚子硬度高于轴承滚道，润滑油膜在城轨车辆整车的公路运输过程中并未建立起来，这种相对运动会直接造成轴承滚道损伤，在轴承滚道上形成凹坑[13]。当城轨车辆公路运输结束并投入使用时，轴承转子会在工作时持续处于高速运转状态，在经过轴承滚道的压痕位置时震动并发出异常声音，震动经过轴承滚道和轴承转子的放大并传输到外部，形成牵引电机运转过程中的异常噪音。值得注意的是，这种噪音会因为轴承转子的运转速度而发生变化，而且长期存在这种噪音会造成油膜损伤，最终损坏电机，甚至造成一系列不良事故[14-15]。

4 城轨车辆整车公路运输中牵引电机防护理论分析

通过城轨车辆在整车公路运输过程中的受力状态分析及电机异响原因分析，想要减轻公路运输过程中的轴承损伤，需要注意在运输过程中避免强烈的外界冲击震动，确保电机轴承内部不产生相对运动。目前，城轨车辆整车公路运输中在电机的转子和定子之间设置了一定的间隙，确保其可以在轴向及径向之间发生相对运动，公路运输过程中外部的运动轴承需要通过刚性约束消除两者的间隙，进而减轻震动和运动，确保轴承之间不会发生假性布氏压痕问题[16]。

5 城轨车辆整车公路运输中牵引电机防护建议

5.1 安装运输锁

为减轻城轨车辆运输过程中可能产生的牵引电机故障问题，电机供应商已经着手在设计阶段加以解决，最常用的手段就是在电机的非传动端安装运输锁，运输锁的构成部分为六角螺钉和六角螺母，安装时首先将六角螺钉拧紧，然后反向拧紧六角螺母，确保轴承处于刚性固定状态，避免轴承转子在运输过程中在轴向与径向上发生运动和振动[17]。同时，在日常使用的过程中为保障对应设备在运转过程中的安全性，需要对运输锁的各方面情况进行密切的观察，及时分析是否存在异常情况，以便及时进行处理，并且对应的设备管理人员更需要做好对应的记录工作，确保运输锁在实际使用过程中的安全性。

5.2 解耦联轴节

解耦联轴节通过将电机侧联轴节与齿轮箱侧联轴节相互脱开，使用防水袋进行联轴节的包裹和收紧，电机运输防护板会铺设在两侧的联轴器之间，电机上的螺孔被安装并完全旋紧。齿轮箱侧联轴节用锁紧带竖直穿过电机运输防护压板与齿轮箱侧联轴器中间的缝隙，并绕齿轮箱一圈，使得锁紧带压住半个联轴节，然后用锁紧带的棘轮锁紧装置锁紧。

运输锁具有操作简单且有效的特点，但需要牵引电机的供应商正确认识到城轨整车公路运输中的问题，从而按照正确的方式进行安装，就目前国内外牵引电机制造商的认知状况来看，很少有在设计阶段考虑到城轨车辆整车公路运输的安全问题，直接造成运输锁在国内的应用受到限制，引发防护困难的问题[18]。解耦联轴节相较于运输锁防护相对困难，需要借助电机上的部件进行固定，因此对电机的结构有着硬性要求，只适用于部分牵引电机的整车公路运输。在具体使用的过程中，为确保运输锁的整体使用效果和在运输过程中的安全性，需要结合车辆的具体情况对运输锁的规格和型号等进行科学的选择，保障其在具体使用过程中的安全性和有效性等。

综合以上问题及对策，想要顺利实现城轨车辆整车运输中牵引电机异响防护，需要设置一个自适应的电机防护装置，其必须具备良好的适应性、通用性，可以用于多种类型城轨车辆牵引电机的防护，只需要较小的空间即可完成安装和使用，具体情况如下。

牵引电机的公路运输防护中以电机轴进行定位，使用结合牵引电机状况设计的夹板进行电机轴头的固定，之后通过夹板上的对应孔位与牵引电极上的螺纹进行紧固。针对一般使用到的牵引电机，夹板上需要开设4个螺纹孔，4个螺纹孔通过螺钉固定到牵引电机的电机轴上并旋紧螺钉。通过上述方法固定电机轴，轴承转子与轴承滚道之间的间隙会被拉力抵消掉一部分，外部振动作用到牵引电机上时，整个牵引电机如同一个刚形体，各个部件之间不会发生相对运动，此时电机轴承就得到有效保护。夹板由上下两个部分组成，使用过程中两侧夹板均开设了用于紧固螺钉的螺纹孔，实际运用中可以省去一边夹板的螺纹孔，避免紧固过程中出现装置的定位问题。夹板中间开始一个圆弧，用于对电机轴进行夹紧和定位，圆弧中间夹紧电机轴的部位使用橡胶垫，作用是避免电机轴与夹板之间的运动而发生损伤，而且可以在紧固夹板时产生弹性的扭紧力矩，确保夹板与电机轴承之间的紧固效果。实际进行夹板圆弧的开设时，需要注意对牵引电机的电机轴尺寸进行测量，确保中间留有一定的孔隙，方便牵引电机的装卸。垫板垫在电机外壳上，通过增大受力面积防止顶紧螺钉在电机壳上产生损伤。同时，垫板一端弯曲向上，一方面便于装卸，另一方面防止脱落。环氧树脂硬纸板贴在近联轴节一侧，防止在装卸过程中碰撞联轴节。顶紧螺钉通过施加一定的扭转力矩从而产生一定的顶紧力，通过电机轴使电机轴承的间隙消除并产生一定的贴合力，使其在外界振动等因素作用下不产生相对运动。

针对长距离的城轨车辆公路运输，需要将电机轴承防护装置夹板正确安装到牵引电机的接头缝隙中，同时使用六角圆柱头螺钉（M10×70）进行两处夹板的固定，内六角圆柱螺钉（M10×40）需要正确顶住电机（非网格部分），可以使用垫板避免电机油漆在长距离的运输过程中发生擦伤。使用工具对两边夹板进行紧固，确保夹板之间没有缝隙。按照上述方法进行牵引电机的轴承防护后，将牵引电机通过公路运输至较远距离，均未发生任何电机批量异常噪声的问题，整体性能较好。

6 结束语

综上，城轨车辆整车公路运输过程中受到运输距离长、路况复杂等相关因素的影响，很容易出现牵引电机受到轴向冲击作用力的情况，造成牵引电机轴向受损发生异响，还有各类物料损伤和存储条件等负面影响。针对电机异响的问题，需要明确其发生原因，针对性地开展防护对策并加以消除，以保護牵引电机的轴承，推动全面城市化建设。在实际使用的过程中，需要结合实际情况对设备的各方面性能进行完善，以此达到提升运输效率的目的，保障在实际运输过程中的安全性和有效性。

参 考 文 献

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