摘要：时至今日，我国的地铁车辆都是采用公路运输的方式最终交付到地铁公司，但是在运输过程中时常会产生牵引电机轴承失效的情况，直接会影响机车的稳定运行。同时，如果轴承发生破损或碎裂的状况，甚至会危及到人们的生命以及财产安全。因此，本文根据地铁牵引机轴承失效因素，提出了地铁牵引机轴承失效有效检修和防护措施和手段。
关键词：地铁；牵引电机；轴承失效；防护措施
一、故障现象分析
2018年12月，某机车车辆有限公司在为地铁2号线地铁列车进行线路试验时，发现列车在行走过程中发出周期性“咔、咔”异响声，经过慢速度运行检查，初步判断异响声来自02033车3轴牵引电机，对牵引电机进行全面检查，发现传动端轴承有轻微振动并伴有异响声音，其传动端并不明显。该批次地铁车辆是从本公司经汽车长途运输到基地进行整备交付的，所以对其运输防护措施进行分析十分重要。其次，对牵引机进行拆解发现，传动端圆柱滚轮轴承内有四条明显的滚动体凹痕，表面粗糙，长度与圆柱滚轮长度接近，圆柱滚轮表面没有明显异常[1]。而非传动端的轴承也没有进行破坏性的分解，轴承转动稳定、没有异常声音。最终确定异常声音是来源于牵引电机的传动端圆柱棍子轮表面的凹痕，轴承产生失效现象。因此，为了确保运输安全问题，对已经抵达基地的四列地铁车辆和五列转向架共计144台牵引机进行全面检查，其中发现约有8台牵引机传动圆柱滚道表面都有凹痕存在。轴承内圈滚道表面凹痕见下图1所示：
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图1 轴承内圈滚道表面凹痕
二、地铁牵引机轴承失效因素分析
1、轴承失效模式分析
地铁车辆和转向架都为本车主机厂制造，在运输前对列车进行了电机组综合试验和动态试验，都没有发现故障和异常声音。车辆运输到基地后再进行调试发生牵引机异常声音，则完全可以确定轴承的凹痕是在公路运输过程中产生的。首先，将滚动轴承的失效模式分为6个类型，其中主要包含了疲劳、磨损、腐蚀、电蚀、断裂开裂以及塑性变形。对每种模式的失效特征外观变化以及原因都进行了总结和定义，其中轴承内圈滚道表面出现凹痕一般有贮运压痕和伪压痕。贮运压痕作为滚动轴承塑性变形失效模式中的一种，也是轴承在受到冲击荷载超过静态承载能力而发生的滚道承载区域变形现象[2]。而伪压痕是滚动轴承失效模式中产生的摩擦腐蚀，在轴承接触面的细微振动中产生的，也可以称之为微动腐蚀。
2、荷载分析
在公路运输地铁车辆时，车体、转向架与运输车辆都相对固定，牵引电机也处于静止状态，轴承所承载的静载荷为牵引电机的半联轴器质量和转子质量。轴承静载荷如下图2所示：
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图2 轴承静荷载图
经过计算，非传动端轴承的静荷载为FA=968.88N，传动端轴承静载荷为FB=628.54N，轴承所承受的静载荷远远小于轴承本身的基础额定静荷载C。因此，轴承静载荷过载的问题基本不存在。其次，在运输过程中，冲击荷载相当复杂，很难进行精确的计算，但是一般运输路线为高速公路、省道或者路况较好的路面，运输车辆限速运行，冲击荷载在经过减振系统、地铁车辆的悬挂后都会得到一定程度的缓冲，通常情况下，不会导致轴承冲击荷载过载现象。
3、运输过程轴承摩擦
地铁车辆运输时牵引电机的转子无法转动，运输车辆在减速、加速以及转向、颠簸过程中都会导致牵引电机的轴向发生摆动现象，基于此，两端的轴承会受到不同程度的影响。其次，牵引电机在处于静止状态下，转子的重量完全压在轴承下部的滚动体和内圈承载区域，当电机转子发生轴向摆动时，转动带动轴承内圈发生细微移动，轴承内圈和滚动体发生反复的摩擦滚动，这就是轴承摩擦腐蚀的首要因素之一。总之，汽车运输地铁车辆时，车辆的颠簸、转向、变更车道时都很容易造成电机转子轴向转动，产生轴承摩擦失效情况，这也是轴承内圈产生凹痕的主要原因之一。此外，静荷载、冲击荷载促使轴承和滚动体间的油膜破损，润滑实效，带动了其与滚动体之间的滚动摩擦，这也是滚道产生凹痕的第二个因素[3]。
三、地铁牵引机轴承失效有效检修和防护措施
对于上文所分析的轴承失效的原因可以进采取有效的防护措施。首先，可以制作专门固定螺栓的专用工艺轴承盖，运输过程中将牵引机非传动端换成工艺轴承盖，利用M8的顶紧螺栓将牵引电机转子顶到传动端位置，这样可以阻碍转子随意的轴向转动。其次，通过尼龙拴紧器将牵引电机的输出轴进行交叉固定缠绕，以牵引电机两端的吊耳作为固定点，固定紧电机输出的轴承颈，这样就可以有效的约束转子的随意移动和摆动，降低轴承的的直接冲击力[4]。直到运输到达目的地以后，再拆除传动端拴紧器和非传动端轴承盖。此防护方案在通过地铁车辆运输实践得出，方案防护可靠，未发生牵引电机轴承失效的情况，在达到目的地后，对电机进行拆解后，轴承内圈没有发现凹痕现象。新电机防护方案效果如下图3所示：
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图3 新电机防护方案效果图
结束语：总而言之，公路运输作为地铁车辆最为广泛应用的运输方式，为了确保运输过程中的稳定性和安全性，应该不断分析和研究在运行过程中存在故障原因和问题，从而提出有效的防护方案和措施，进而避免在运输过程中对牵引电机轴承造成破坏，影响行车安全，甚至发生恶劣的后果。
参考文献：
[1]潘敏龙.地铁列车牵引电机轴承烧损故障分析[J].设备管理与维修,2019(23):77-78.
[2]王生华,丁亚琦,韩秋静.机车牵引电机轴承润滑方式的改进设计[J].现代制造技术与装备,2019(02):97-98.
[3]王雪岭,李秀艳,杜宏光,元世斌,厉呈臣,李祝伟.运输导致地铁牵引电机轴承失效分析与防护[J].机车电传动,2018(04):113-115+118.
[4]杨裕钦,吕远斌,陈中杰.地铁车辆牵引电机轴承电蚀问题研究[J].技术与市场,2017,24(06):79-80+83.