章細(xì)福+鄧蘋

摘 要：交流牽引電機在結(jié)構(gòu)上分成定子與轉(zhuǎn)子，是軌道交通車輛的核心零部件。轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)軸在牽引電機中扮演著傳遞動力的重要角色，是交流牽引電機重要零部件之一。在牽引電機制造行業(yè)，經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸磕碰傷、銹蝕等情況。若僅因為轉(zhuǎn)軸原因而導(dǎo)致整個電機轉(zhuǎn)子報廢，這將造成極大的浪費。因此對該類型轉(zhuǎn)子，可以通過更換轉(zhuǎn)軸來挽救轉(zhuǎn)子鐵心，降低生產(chǎn)制造成本。文章研究一種感應(yīng)加熱退軸工藝方法，在實現(xiàn)轉(zhuǎn)子可靠退出報廢轉(zhuǎn)軸同時，保證轉(zhuǎn)子鐵心能夠重復(fù)利用。

關(guān)鍵詞：牽引電機；轉(zhuǎn)子退軸；感應(yīng)加熱

前言

交流牽引電機是軌道交通車輛的核心零部件，在結(jié)構(gòu)上分成定子（固定不動的部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)的部分）兩大部件[1]。當(dāng)牽引電機定子與三相電源接通后，電機將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在該磁場作用下受力轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸節(jié)與車輛的軸聯(lián)接起來，從而帶動車輛軸隨電機轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，進而實現(xiàn)軌道交通車輛的行駛[2]。因此轉(zhuǎn)軸在牽引電機中扮演著傳遞動力的重要角色，是交流牽引電機重要零部件之一。在牽引電機制造行業(yè)，經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸磕碰傷、銹蝕等情況。若僅因為轉(zhuǎn)軸原因而導(dǎo)致整個電機轉(zhuǎn)子報廢，這將造成極大的浪費，因此對該類型轉(zhuǎn)子，可以通過更換轉(zhuǎn)軸來挽救轉(zhuǎn)子鐵心，減少浪費現(xiàn)象，降低生產(chǎn)制造成本[3]。要實現(xiàn)轉(zhuǎn)子鐵心的重復(fù)利用，則需要一種可靠的工藝方法將原報廢轉(zhuǎn)軸退出轉(zhuǎn)子，同時保證在退軸過程中不影響轉(zhuǎn)子鐵心的使用性能。

1 轉(zhuǎn)子退軸分析

1.1 基本工作原理

將待退軸轉(zhuǎn)子放入感應(yīng)加熱退軸工裝（纏繞了耐高溫柔性電纜）內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)加熱設(shè)備啟動后，感應(yīng)加熱工裝內(nèi)的電纜將通入一定功率、頻率的交變電流，感應(yīng)加熱退軸工裝周圍即產(chǎn)生交變磁場[4]。在交變磁場的電磁感應(yīng)作用下，工裝內(nèi)的轉(zhuǎn)子鐵心產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流（即渦流）。感應(yīng)電流在轉(zhuǎn)子截面上的分布很不均勻，表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小。由于轉(zhuǎn)子鐵心（硅鋼片）自身帶有電阻，轉(zhuǎn)子表層高密度電流的電能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度快速升高，從而實現(xiàn)外部的轉(zhuǎn)子鐵心加熱[5]。

1.2 轉(zhuǎn)子退軸加熱溫度理論計算

1.3 感應(yīng)加熱時間理論計算

上述例子轉(zhuǎn)子鐵心重量為125KG；根據(jù)1.2計算的加熱溫升，設(shè)定需加熱溫升200K；硅鋼片的比熱容C為0.46×103 J/（kg×K）。

根據(jù)能量公式Q=C×m×△t，轉(zhuǎn)子鐵心需要輸入的熱量為：

Q=C×m×△t=0.46×103×125×200=1.15×107 （J）

感應(yīng)加熱設(shè)備輸出功率W=22kW，假設(shè)無能量損耗，則需要的加熱時間：

t=Q/W=（1.15×107）/（22×103）=522.73（s）=8.71（min）

2 感應(yīng)加熱退軸驗證實施

2.1 驗證實施設(shè)備工裝

本驗證過程需要用到的設(shè)備工裝儀器有：感應(yīng)加熱設(shè)備、油壓機、感應(yīng)加熱退軸工裝、D級貼片溫度試紙、內(nèi)徑千分尺等。

2.2 感應(yīng)加熱退軸驗證目標(biāo)

本驗證實施要實現(xiàn)將轉(zhuǎn)子中報廢轉(zhuǎn)軸在感應(yīng)加熱條件下順利退出，同時確保退軸后轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)腔直徑滿足要求，轉(zhuǎn)子鐵心外表面無過熱現(xiàn)象。因此需實現(xiàn)以下目標(biāo)：

（1）感應(yīng)加熱9min后，報廢轉(zhuǎn)軸順利退出轉(zhuǎn)子。

（2）退軸后，轉(zhuǎn)子鐵心表面溫度不超過300℃。

2.3 驗證實施過程

分別選取3臺電機轉(zhuǎn)子，每臺轉(zhuǎn)子沿軸向在鐵心表面?zhèn)鲃佣?、中間位置、非傳動端分別貼1張D級貼片溫度試紙→將待退軸轉(zhuǎn)子放置于油壓機工作臺位→將感應(yīng)加熱退軸工裝放置于待退軸轉(zhuǎn)子上→確認(rèn)感應(yīng)加熱設(shè)備連接完好→啟動感應(yīng)加熱設(shè)備→到達感應(yīng)加熱時間后關(guān)閉感應(yīng)加熱設(shè)備→啟動油壓機將報廢轉(zhuǎn)軸壓出轉(zhuǎn)子→將已退出廢軸的轉(zhuǎn)子鐵心移出油壓機工作臺位→記錄轉(zhuǎn)子鐵心表面溫度（貼片溫度試紙）→待轉(zhuǎn)子鐵心冷卻到常溫后，測量轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)腔直徑。

2.4 驗證實施結(jié)果

根據(jù)實施過程進行感應(yīng)加熱退軸后，3臺轉(zhuǎn)子都順利退出報廢轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)腔無拉傷情況；鐵心表面顏色正常，無局部過熱情況。

2.4.1 感應(yīng)加熱退軸后，轉(zhuǎn)子鐵心表面溫度具體數(shù)據(jù)如表1。

2.4.2 感應(yīng)加熱退軸后，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)腔直徑具體數(shù)據(jù)如表2。

2.5 測量數(shù)據(jù)分析

從表1數(shù)據(jù)可以看出，按要求感應(yīng)加熱后轉(zhuǎn)子鐵芯表面溫度都在300℃以內(nèi)，轉(zhuǎn)子鐵心表面無局部過熱情況。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，鐵心內(nèi)腔直徑滿足設(shè)計要求（），感應(yīng)加熱退軸過程沒有對轉(zhuǎn)子鐵心造成拉傷情況，轉(zhuǎn)子鐵心可以重復(fù)利用。

3 結(jié)束語

結(jié)合交流牽引電機退軸加熱溫度及感應(yīng)加熱時間進行計算分析，并通過實際驗證確認(rèn)感應(yīng)加熱能夠可靠的應(yīng)用于牽引電機轉(zhuǎn)子退軸中。通過對退軸后的轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)腔直徑進行檢測，轉(zhuǎn)子鐵心表面溫度檢測確定感應(yīng)加熱退軸后的轉(zhuǎn)子鐵心滿足要求，可以重復(fù)利用。

參考文獻

[1]居志堯.牽引電動機檢修技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]牛維揚，李祖明.電機學(xué)（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3]孫克軍.中小微型電機使用與維修手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[4]潘天明.現(xiàn)代感應(yīng)加熱裝置[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[5]吳桔生.電渦流技術(shù)與應(yīng)用[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2014.

作者簡介：章細(xì)福（1982，8-），男，民族：漢，籍貫：江西南城，學(xué)歷：研究生，職稱：工程師，畢業(yè)院校：哈爾濱工業(yè)大學(xué)。