地铁牵引电机故障原因分析及改进措施

地铁牵引电机故障原因分析及改进措施

谢灯

福州地铁集团有限公司运营事业部， 福建 福州 350000

摘要：社会经济的发展使得地铁事业得到空前发展，牵引电机作为地铁运作的重要组成部分，其运行质量具有极强现实意义。地铁车辆牵引电机在架修后发现有异常振动，通过对车载监测系统采集的电机数据进行分析比较，找出其异常振动的根本原因是转子在高转速下的动平衡精度差，对牵引电机进行高速动平衡后解决了异常振动问题。地铁牵引系统出现牵引电机启动检测时速度数据跳变，引起车辆抖动的故障现象及原因，详细介绍了针对该故障的改进方案。

关键词：地铁牵引；电机故障；改进措施

引言

近年来随着地铁车辆牵引电机异响问题解决技术的不断进步，对于地铁车辆牵引电机异响问题产生的原因、故障表现、检查方法以及问题解决等研究也在不断深入，这对于提升地铁车辆牵引电机异响问题解决效率、提高维修效果具有重要意义。地铁的频繁启停使地铁牵引电机轴承不断地承受转速和载荷的变化，轴承的内圈、外圈和滚动体上容易产生裂纹和点蚀等故障，对地铁的平稳运行造成了一定的安全隐患;因此对地铁牵引电机轴承故障进行智能诊断，及时识别轴承的早期故障并尽早分析故障产生的原因并对其进行维护，对地铁的正常运行有着重要意义。

1地铁牵引电机故障机理概述

根据对电机结构及相关零部件检测情况和现象分析认为，电机转子受到一个持续向轴伸端的力，致使6312轴承承受较大的轴向载荷，6312轴承整体向轴伸端偏移，而且引起轴承外圆跑圈且向轴伸端偏移磨擦，造成非轴伸端端盖轴承室轴向定位面严重磨损;同时，长时间跑圈磨损使轴承室装配面尺寸变大。在重力及运转的双重作用下，非轴伸端端盖及相关零部件重力方向磨损加剧，同时还引起电机轴伸端NU216轴承内圈偏移，滚动痕迹偏向轴伸端，电机转子压圈迷宫槽与轴伸端端盖迷宫槽严重磨损，电机转子整体向轴伸偏移，造成电机风扇与非轴伸端端盖止口相擦，测速齿轮向轴伸端偏移，最终造成速度传感器波形输出不正常及抖动情况。

2地铁牵引电机故障原因问题

2.1异响的检查方法及应用设备问题

结合地铁车辆牵引电机异响产生的原因，在实践中多利用振动检测法、噪音判断法以及温度检测法等检测电机出现异响的具体位置以及发生异响的本质原因，从而采取针对性的措施解决异响问题，保障设备的正常应用。1)利用振动检测法检测异响是利用振动频谱测试仪来针对轴承异响信息进行统计和分析，通过对比其与正常牵引电机运转声音的差异，或者在其他频率下轴承的运行效果等得出轴承的特殊状态:轴承内圈表面存在印痕，造成轴承滚子的运行轨道不够光滑，从而产生异响。2)噪音判断法是通过对比轴承噪音与其他异响的差异，并根据现有的轴承噪音标准来进一步判断轴承的状态，从而得出其异响位置。3)温度检测法是利用专业的温度传感器测定轴承运转过程中的温度数值，并针对运行时电机温度升高的速度和停止时温度下降的水平，来具体判断轴承运行的温度环境，从而结合温度过高对轴承的影响，而解决异响问题。

2.2电机转子在高速下平衡精度差

转子不平衡是旋转机械（特别是高速旋转机械）振动的主要激振力。当转子质心和回转中心不重合时，在旋转状态下就会产生不平衡力，在不平衡力的作用下，转子会产生振动。高转速下，即使数值很小的质量偏心，也会产生很大的离心力。根据公式计算表明，3000 r/min下质心偏离旋转中心0.1 mm，所产生的离心力近似等于转子重力，这将会产生很大的振动。引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子结构不对称、原材料缺陷、制造安装误差及热变形等。转子不平衡的时域波形的形状接近正弦波形，频谱中振动能量主要以转速频率为主，即工频振动。在升降速过程中，当转速低于临界转速时，振幅随转速的增加而上升

2.3电机输出轴和齿轮箱输入轴存在不同心

目前城轨车辆普遍采用鼓形齿式联轴器，该类型联轴器不受装配误差、动态载荷等因素的影响，它能有效地补偿牵引电机输出轴和齿轮箱输入轴装配时的不同心，以及工作状态下的相对线性和转角位移，排除了上述因素引起电机转轴附加载荷（力和力矩）的可能性，因此，不会引起电机的异常振动。另外，如果是不对中的故障，频谱特征应该是以1倍和2倍频为主，，未发现明显的不对中频谱特征，因此，可以排除不对中的故障。

3地铁牵引电机改进措施

3.1进一步排查

先对电机作三相电阻、电气性能、电机气隙等项次检测，检测结果均合格。着重对初步故障中推导的轴向力产生的原因以及故障解体电机零部件尺寸进行复核，在过程中发现有初步检查分析中未能排查出来的新情况，电机轴承外盖轴向压紧面有点状及线状的压痕，同时轴承内盖定位孔中的销钉靠轴承一侧，销钉头磨损。

3.2处理电腐蚀故障的有效技术

对于地铁车辆牵引电机的故障来说，最常出现的就是电机异响，会对地铁车辆牵引电机产生重要影响且会出现异响的原因之一就是电机的轴承出现了电腐蚀现象，进而引发较为严重的故障。在对该故障进行处理时，可采用以下几点维修措施：1）低逆变器负极和EMI电容进行优化。该维修措施的主要根据为地铁车辆的接线原理和结构，相关技术维修人员结合实际情况，选择合适的变流器负极EMI变容，通过优化轴承电流的通路，进而降低电压，解决电机轴承异响的出现。具体操作步骤是首先对实际情况进行分析，科学选择EMI电容；然后合理安装EMI电容，一般情况下，可将其安装在靠近逆变器负极的地方，且选择质地软、长度短的线进行对接，例如铜绞线，从而降低电感值。2）对接地方案进行完善。在使用该方法对地铁车辆牵引电机轴承的电腐蚀故障进行处理时，需要以整个车辆的接地标准为前提，再对接地位置进行合理调整。一般情况下是通过安装接地电阻，将其安装在构架和轴端之间后，能够降低感抗值，减少电机轴承的电流和电机的轴电压。3）加设滤波器，对逆变器控制软件进行优化。该设备一般安装在逆变器上的输出端，进而降低低脉冲电压的电压变化率。

3.3以排除法为核心，处理具体故障

综上所述，在地铁车辆牵引电机运作过程中，其电机极易出现各种各样、不同程度的故障，导致相关技术维修人员在对故障进行处理时，往往出现故障混乱或者漏掉故障的情况。因此，在对地铁车辆牵引电机故障进行维修处理时，维修人员可以使用故障排除法开展精准的维修工作。具体来说，相关技术维修人员应制定定期的检修方案，定期更换轴承，并对其进行异物清理等方面的工作，在对其进行组装时注重油脂的刷涂，避免故障的出现。

结束语

在电机装配过程中，非轴伸端2个轴承盖之间安装定位孔未对齐，导致定位销未装入外侧轴承外盖销孔内，销子顶紧轴承(销长12 mm)，造成运行中轴承发生外圈从微量蠕动到整体左右跑圈现象，后续轴承室、轴承轴向定位面磨损加剧，轴承室内腔尺寸变大(轴向尺寸加大)，轴承在跑圈过程中的左右窜动，窜动力通过销钉传导至轴承外盖，在轴承外盖上形成冲击孔印及断续的划痕，轴承内腔向重力方向磨损出斜度形成台阶，也阻碍了轴承向非轴伸端的偏移，所以在长时间轴承运行中则逐渐地向轴伸端偏移，电机转子向轴伸端偏移磨损，造成电机运行中出现抖动现象。

参考文献

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