论文部分内容阅读
摘要 时速250公里标准动车组系列牵引电机在检修过程中，永济公司发现转轴与转向架连接螺纹M42经常有不同程度损坏，为保证产品质量和生产进度，合理解决这一问题，分析了造成螺纹损坏的原因，探讨修复方法，并对其进行工艺验证。
关键词 螺纹 退轴 换轴 转轴检查
1. 电机概况
中车永济电机公司为250公里速度级动车组研制生产的某型号电机，最高使用转速6120r/min，电机为卧式、双轴承的全叠片鼠笼式三相异步牵引电动机，四极三相制，防护式强迫通风结构，于2013年9月上线运行。
该电机转子转轴由高强度的锻造合金钢（42CrMo）制成，轴伸为1：10锥度，转子铁心热套在转轴上，通过螺纹紧配合和铁心键传递扭矩，螺纹为M42（右旋）。
2. 螺纹损伤情况及原因分析
随着线路增多、运行速度提高、运行里程增加，电机陆续进入高级检修的首轮三级修修程，永济电机公司在检修过程中发现，电机转子传动端轴头M 42螺纹第1～10扣有不同程度磨损、烂牙或缺肉情况，具体情况如图1所示：
造成螺纹损伤的原因可能有以下几方面：
1）配属车辆运行线路路况复杂，多属于山地、爬坡路段，弯道多、负载大、路线崎岖，列车运行时转轴受到不同方向、大小不一的力矩的影响，对螺纹产生疲劳破坏;
2）转轴与联轴节连接时涂抹螺纹紧固胶、密封脂等，可以有效改善螺纹的接触表面应力状态，但在操作过程中涂抹方法不当、密封脂或紧固剂用量不均等，造成螺纹啮合时干摩擦或黏合过紧，增加了摩擦系数，在检修拆卸过程中敲击、拔拉等拆卸方法不当，容易造成螺纹磨损;
3）螺栓紧固过程中的齿面接触压力直接受紧固扭矩的影响，紧固力矩越大，齿面接触压力越高，有效螺纹处接触应力越大，因此现场操作紧固螺栓时的过扭矩现象易造成螺纹磨损;
4）紧固螺栓时上扣速度过快，特别是开始引扣时，公母螺纹没有达到正常啮合状态，其牙齿相互干涉，造成螺纹面的挤压塑性变形;另外，上扣速度过快产生的热量不易散发，使螺纹摩擦金属面软化，也会造成螺纹磨损;
5）动车组长期运行，螺纹强度、韧性、防腐性能下降，难免会造成螺纹磨损。
3. 解决方法
对于磨损不严重的转轴螺纹，把磨损处清理干净后，通常可采用焊修法、攻丝等方法修复;对于磨损严重的螺纹，需更换转轴。转轴材料为特殊合金钢，加工工艺复杂，加工成本高、周期长，库存量少，工期紧张，生产任务重，为了不影响检修电机的正常交付，同时为了降低检修电机的生产成本，需寻求更好的解决方法。
查图发现，该系列下三种型号牵引电机新结构转子与旧结构转子的图号、结构、材料等一致，且有成熟的电机更换转轴工艺技术、完备的工装模具等支持，可以考虑将两种型号电机或新旧结构转轴互相替换，实现转轴复用。
4. 工艺验证
4.1 转子退轴
1）选取I型号电机转子（报废转子，转轴状态合格），II型号电机新结构转子（报废转子，铁芯状态合格）、旧结构转子（报废转子，转轴状态合格），检查转轴接触面、H值符合要求。
2）用机床对转轴状态合格的转子铁芯进行切割，为确保不损伤转轴，切割至距转轴2-3mm处;对铁芯状态合格的转子则直接上工装退轴。
3）退轴：安装并拧紧转子铁芯退轴工装;在油压机平台中心放置退压轴底座;将转轴传动端朝下吊放在铁芯垫块上，轴伸端穿入铁芯垫块与退压轴底座孔;油压机持续加压（压力不超过60T），直至转轴退出。
4）将转子铁芯吊放在铺有橡胶垫的总装架上，退出的转轴放置在橡胶板上，保证转轴之间不会有磕碰，检查转轴外观，要求无严重拉伤，对转轴接触面部位、轴头M42螺纹安装防护工装。
4.2 复用转轴检查
检查转轴各部位外观，无磕碰、無高点毛刺等。将转轴平稳吊运在动平衡机上，安装百分表，缓慢转动转轴，观测记录百分表读数，要求小于等于0.05mm。
用外径千分尺检测记录转轴传动端、非传动端轴承位尺寸，工艺标准为：传动端轴承位尺寸 mm;非传动端轴承位尺寸 mm。
目视检查转子铁心外观，无磕碰;检查转子铁心与转轴配合面，无拉伤、手摸无高点毛刺。用内径千分尺检测传动端铁心压板位、非传动端铁心压板位、铁心位尺寸。工艺标准为：传动端铁心压板位尺寸 mm;非传动端轴承位尺寸 mm;铁心位尺寸 mm。
通过对比上述检测结果，对退出的8根复用的转轴尺寸检测，各项数据均符合图纸要求。
4.3 复用转轴和新结构铁芯热套
按照工艺要求，将复用转轴与报废新结构转子铁芯（报废的新结构转子拆卸转轴后的铁芯），或与新造新结构铁芯热套。
1） 检查转子铁心通风孔与传动端铁心压板、非传动端铁心压板通风孔对齐，检查传动端铁心压板、非传动端铁心压板与铁心键槽是否对齐，如有错位需转动铁心压板对齐。
2）将转子铁心放入烘箱，加热到180±5℃，保温3-4小时;将迭压垫圈放在油压机平台上，将转轴放在垫圈孔内，将加热好的铁心从烘箱吊处，迅速热套在转轴上。
3）油压机加压约15-20T，将铁心压紧，保压至铁心与转轴温度一致，卸压;吊出铁心，检查确认传动端压板与转轴止动台阶之间间隙≤0.05mm，如果传动端压板与转轴止动台阶之间间隙>0.05mm，则重新加压，直到符合要求为止。
4）铁心冷却后，对称、均匀拆除拉杆螺栓，将退轴工装与转子铁心分离，将热套好的转子平稳放置在橡胶垫上，在整个操作过程中保护好转子导条、端箍及铁心，防止出现磕碰伤。
4.4 热套后的转子检测
1）外观检查：
对热套后的转子进行外观检查，传动端铁心压板、非传动端铁心压板应无变形、无裂纹;检查转子导条、端箍及铁心应无明显磕碰伤、轴锥面无触感伤痕;检查传动端铁心压板通风孔、非传动端铁心压板通风孔与铁心通风孔无明显错位。
2）尺寸检测：
用塞尺检测传动端压板与转换止动台阶之间间隙，要求≤0.05mm。
3）径向跳动量检测
将转子平稳吊运至动平衡机上，安装百分表，检测转轴轴伸中部径向跳动量，以转子两端轴承位为基准，轴伸中部径向跳动量应<0.05mm。
5 结论
通过对I型电机转子、II型电机旧结构转子、新结构转子转轴报废退出，并将复用转轴与铁心热套后，检测转轴尺寸、铁心的相关尺寸、数据均符合图纸工艺要求。因此，复用转轴方案可行，该换轴方案已在动车组检修时实施，后续需进行跟踪验证。
此方案一方面降低了动车组牵引电机的检修成本，压缩了检修周期，另一方面在质量保证和行车安全上提供了较为可靠的依据，为后续其他部件大螺纹的检修提供了参考，具有一定的指导意义。
参考文献
【1】于聪， 杨松， 杨新宇， 等. CRH5 型动车组构架螺纹孔修复的可行性研究[J]. 中国高新区， 2017 （17）： 121.
【2】刘长杰， 李新荣， 王兴隆， 等. 汽轮机转子主轴螺纹损坏修复技术探讨[J]. 今日科苑， 2008 （18）： 91-91.
【3】范浩思， 韩威， 李彦军， 等. 钻具螺纹受力及失效形式分析[J]. 新疆石油科技， 2017， 27（2）： 43-45.
关键词 螺纹 退轴 换轴 转轴检查
1. 电机概况
中车永济电机公司为250公里速度级动车组研制生产的某型号电机，最高使用转速6120r/min，电机为卧式、双轴承的全叠片鼠笼式三相异步牵引电动机，四极三相制，防护式强迫通风结构，于2013年9月上线运行。
该电机转子转轴由高强度的锻造合金钢（42CrMo）制成，轴伸为1：10锥度，转子铁心热套在转轴上，通过螺纹紧配合和铁心键传递扭矩，螺纹为M42（右旋）。
2. 螺纹损伤情况及原因分析
随着线路增多、运行速度提高、运行里程增加，电机陆续进入高级检修的首轮三级修修程，永济电机公司在检修过程中发现，电机转子传动端轴头M 42螺纹第1～10扣有不同程度磨损、烂牙或缺肉情况，具体情况如图1所示：
造成螺纹损伤的原因可能有以下几方面：
1）配属车辆运行线路路况复杂，多属于山地、爬坡路段，弯道多、负载大、路线崎岖，列车运行时转轴受到不同方向、大小不一的力矩的影响，对螺纹产生疲劳破坏;
2）转轴与联轴节连接时涂抹螺纹紧固胶、密封脂等，可以有效改善螺纹的接触表面应力状态，但在操作过程中涂抹方法不当、密封脂或紧固剂用量不均等，造成螺纹啮合时干摩擦或黏合过紧，增加了摩擦系数，在检修拆卸过程中敲击、拔拉等拆卸方法不当，容易造成螺纹磨损;
3）螺栓紧固过程中的齿面接触压力直接受紧固扭矩的影响，紧固力矩越大，齿面接触压力越高，有效螺纹处接触应力越大，因此现场操作紧固螺栓时的过扭矩现象易造成螺纹磨损;
4）紧固螺栓时上扣速度过快，特别是开始引扣时，公母螺纹没有达到正常啮合状态，其牙齿相互干涉，造成螺纹面的挤压塑性变形;另外，上扣速度过快产生的热量不易散发，使螺纹摩擦金属面软化，也会造成螺纹磨损;
5）动车组长期运行，螺纹强度、韧性、防腐性能下降，难免会造成螺纹磨损。
3. 解决方法
对于磨损不严重的转轴螺纹，把磨损处清理干净后，通常可采用焊修法、攻丝等方法修复;对于磨损严重的螺纹，需更换转轴。转轴材料为特殊合金钢，加工工艺复杂，加工成本高、周期长，库存量少，工期紧张，生产任务重，为了不影响检修电机的正常交付，同时为了降低检修电机的生产成本，需寻求更好的解决方法。
查图发现，该系列下三种型号牵引电机新结构转子与旧结构转子的图号、结构、材料等一致，且有成熟的电机更换转轴工艺技术、完备的工装模具等支持，可以考虑将两种型号电机或新旧结构转轴互相替换，实现转轴复用。
4. 工艺验证
4.1 转子退轴
1）选取I型号电机转子（报废转子，转轴状态合格），II型号电机新结构转子（报废转子，铁芯状态合格）、旧结构转子（报废转子，转轴状态合格），检查转轴接触面、H值符合要求。
2）用机床对转轴状态合格的转子铁芯进行切割，为确保不损伤转轴，切割至距转轴2-3mm处;对铁芯状态合格的转子则直接上工装退轴。
3）退轴：安装并拧紧转子铁芯退轴工装;在油压机平台中心放置退压轴底座;将转轴传动端朝下吊放在铁芯垫块上，轴伸端穿入铁芯垫块与退压轴底座孔;油压机持续加压（压力不超过60T），直至转轴退出。
4）将转子铁芯吊放在铺有橡胶垫的总装架上，退出的转轴放置在橡胶板上，保证转轴之间不会有磕碰，检查转轴外观，要求无严重拉伤，对转轴接触面部位、轴头M42螺纹安装防护工装。
4.2 复用转轴检查
检查转轴各部位外观，无磕碰、無高点毛刺等。将转轴平稳吊运在动平衡机上，安装百分表，缓慢转动转轴，观测记录百分表读数，要求小于等于0.05mm。
用外径千分尺检测记录转轴传动端、非传动端轴承位尺寸，工艺标准为：传动端轴承位尺寸 mm;非传动端轴承位尺寸 mm。
目视检查转子铁心外观，无磕碰;检查转子铁心与转轴配合面，无拉伤、手摸无高点毛刺。用内径千分尺检测传动端铁心压板位、非传动端铁心压板位、铁心位尺寸。工艺标准为：传动端铁心压板位尺寸 mm;非传动端轴承位尺寸 mm;铁心位尺寸 mm。
通过对比上述检测结果，对退出的8根复用的转轴尺寸检测，各项数据均符合图纸要求。
4.3 复用转轴和新结构铁芯热套
按照工艺要求，将复用转轴与报废新结构转子铁芯（报废的新结构转子拆卸转轴后的铁芯），或与新造新结构铁芯热套。
1） 检查转子铁心通风孔与传动端铁心压板、非传动端铁心压板通风孔对齐，检查传动端铁心压板、非传动端铁心压板与铁心键槽是否对齐，如有错位需转动铁心压板对齐。
2）将转子铁心放入烘箱，加热到180±5℃，保温3-4小时;将迭压垫圈放在油压机平台上，将转轴放在垫圈孔内，将加热好的铁心从烘箱吊处，迅速热套在转轴上。
3）油压机加压约15-20T，将铁心压紧，保压至铁心与转轴温度一致，卸压;吊出铁心，检查确认传动端压板与转轴止动台阶之间间隙≤0.05mm，如果传动端压板与转轴止动台阶之间间隙>0.05mm，则重新加压，直到符合要求为止。
4）铁心冷却后，对称、均匀拆除拉杆螺栓，将退轴工装与转子铁心分离，将热套好的转子平稳放置在橡胶垫上，在整个操作过程中保护好转子导条、端箍及铁心，防止出现磕碰伤。
4.4 热套后的转子检测
1）外观检查：
对热套后的转子进行外观检查，传动端铁心压板、非传动端铁心压板应无变形、无裂纹;检查转子导条、端箍及铁心应无明显磕碰伤、轴锥面无触感伤痕;检查传动端铁心压板通风孔、非传动端铁心压板通风孔与铁心通风孔无明显错位。
2）尺寸检测：
用塞尺检测传动端压板与转换止动台阶之间间隙，要求≤0.05mm。
3）径向跳动量检测
将转子平稳吊运至动平衡机上，安装百分表，检测转轴轴伸中部径向跳动量，以转子两端轴承位为基准，轴伸中部径向跳动量应<0.05mm。
5 结论
通过对I型电机转子、II型电机旧结构转子、新结构转子转轴报废退出，并将复用转轴与铁心热套后，检测转轴尺寸、铁心的相关尺寸、数据均符合图纸工艺要求。因此，复用转轴方案可行，该换轴方案已在动车组检修时实施，后续需进行跟踪验证。
此方案一方面降低了动车组牵引电机的检修成本，压缩了检修周期，另一方面在质量保证和行车安全上提供了较为可靠的依据，为后续其他部件大螺纹的检修提供了参考，具有一定的指导意义。
参考文献
【1】于聪， 杨松， 杨新宇， 等. CRH5 型动车组构架螺纹孔修复的可行性研究[J]. 中国高新区， 2017 （17）： 121.
【2】刘长杰， 李新荣， 王兴隆， 等. 汽轮机转子主轴螺纹损坏修复技术探讨[J]. 今日科苑， 2008 （18）： 91-91.
【3】范浩思， 韩威， 李彦军， 等. 钻具螺纹受力及失效形式分析[J]. 新疆石油科技， 2017， 27（2）： 43-45.