陳志華 李 廣 張會(huì)青 張 坤

(1.中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001；2.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000)

圖1 懸掛式空中列車傳動(dòng)單元示意圖

1 整車技術(shù)要求

車輛編組：列車的基本配置為3輛車編組，3輛車均為動(dòng)車，首尾為帶司機(jī)室動(dòng)車；網(wǎng)壓，DC500～DC900V；最高運(yùn)行速度，50km/h；平均加速度，≥1.0m/s2；制動(dòng)減速度，≥1.0m/s2；橡膠輪徑，518mm；傳動(dòng)比，6.375。

2 電機(jī)的牽引制動(dòng)特性

電機(jī)的牽引工況見(jiàn)圖2，制動(dòng)工況見(jiàn)圖3。

3 電機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

類型三相異步電機(jī)供電方式VVVF逆變器供電工作方式連續(xù)制額定功率54kW額定轉(zhuǎn)矩155Nm啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩260Nm額定電流71A額定電壓585V最高工作轉(zhuǎn)速3325r/min冷卻方式自通風(fēng)冷卻

4 電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、溫度傳感器、速度傳感器等部件組成[3]。電機(jī)采用自通風(fēng)的冷卻方式，電機(jī)的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在非制動(dòng)端，出風(fēng)口設(shè)置在制動(dòng)端，在轉(zhuǎn)軸制動(dòng)端裝有離心式徑向葉片風(fēng)扇，電機(jī)進(jìn)風(fēng)口不裝濾塵器而在非制動(dòng)端兩側(cè)設(shè)置簡(jiǎn)單的濾塵網(wǎng)，在制動(dòng)端轉(zhuǎn)軸上裝有制動(dòng)齒盤，制動(dòng)端壓圈上留有制動(dòng)鉗安裝接口。

圖2 電機(jī)牽引工況

圖3 電機(jī)制動(dòng)工況

(1)定子。

電機(jī)定子由定子鐵心、定子端板、拉板、定子壓圈、接線盒等組成。定子鐵心采用無(wú)機(jī)殼結(jié)構(gòu)，即由4塊拉板將定子沖片、定子端板、定子壓圈焊接為一個(gè)整體，定子繞組嵌入定子鐵心槽內(nèi)，然后焊接內(nèi)部繞組和引出線。帶繞組的定子采用真空壓力浸漆，滿足絕緣等級(jí)200級(jí)的要求，兩端定子壓圈上設(shè)有懸掛，制動(dòng)端壓圈上設(shè)有制動(dòng)鉗安裝座。

(2)轉(zhuǎn)子。

轉(zhuǎn)子鐵心采用高磁導(dǎo)率、低損耗的冷軋電工鋼片疊壓而成，兩端采用轉(zhuǎn)子壓圈壓緊；壓圈和沖片上開有通風(fēng)孔，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用銅合金材料，轉(zhuǎn)子外徑小轉(zhuǎn)速低，不采用端環(huán)；轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子壓圈采用不導(dǎo)磁的材料，以減少轉(zhuǎn)子端部和軛部的漏磁。

(3)軸承與潤(rùn)滑。

在電機(jī)的非制動(dòng)端與制動(dòng)端裝有軸承，軸承的密封采用非接觸迷宮式密封結(jié)構(gòu)，在兩端的端蓋上設(shè)計(jì)有添加潤(rùn)滑脂的油嘴，用于在定期維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)候給軸承添加潤(rùn)滑脂。

(4)附件。

在電機(jī)鐵芯安裝有溫度傳感器，以便對(duì)電機(jī)定子鐵芯的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，并在控制系統(tǒng)中設(shè)置報(bào)警值，確保車輛在運(yùn)行的時(shí)候電機(jī)處于安全可靠的工作狀態(tài)下。在非傳動(dòng)端壓圈上裝有速度傳感器，用于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

5 電機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的限制，考慮到電機(jī)的安裝方式、制動(dòng)齒盤的使用，電機(jī)設(shè)計(jì)階段有以下要點(diǎn)。

電機(jī)采用傾斜式安裝方式，為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向位移，電機(jī)軸承配置中使用球軸承來(lái)進(jìn)行軸向定位，在運(yùn)行中球軸承會(huì)受到持續(xù)的軸向載荷，在軸承選型時(shí)需要重點(diǎn)考慮球軸承的軸向承載能力和軸承壽命。

傾斜安裝式電機(jī)若采用通用的密封結(jié)構(gòu)，可能出現(xiàn)潤(rùn)滑脂流失嚴(yán)重導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不良的情況，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取合適的密封間隙以及增大間隙區(qū)域的長(zhǎng)度，同時(shí)加大儲(chǔ)油槽的容積來(lái)防止?jié)櫥魇У那闆r發(fā)生。

電機(jī)制動(dòng)側(cè)裝有制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)齒盤，電機(jī)制動(dòng)工況時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生鐵屑影響電機(jī)的運(yùn)行，在進(jìn)行電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在傳動(dòng)端設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口，制動(dòng)端轉(zhuǎn)軸上裝有離心式徑向頁(yè)片風(fēng)扇，制動(dòng)端設(shè)置有出風(fēng)口，防止制動(dòng)齒盤產(chǎn)生的鐵屑進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。

電機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)齒盤發(fā)熱會(huì)對(duì)軸承內(nèi)外圈的溫差有附加影響，在軸承選型時(shí)需要計(jì)算電機(jī)在制動(dòng)工況球軸承內(nèi)外圈的溫差。

6 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)IEC 60349-2：2010電力牽引-軌道機(jī)車車輛與公路車輛用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)-第2部分：電子變流器供電交流電動(dòng)機(jī)的要求完成了型式試驗(yàn)，在室溫條件下，電機(jī)定子繞組端部平均溫升104K，傳動(dòng)端軸承溫度92℃，制動(dòng)端軸承溫度89℃。

同時(shí)電機(jī)完成了主機(jī)廠內(nèi)線路的運(yùn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足整車的要求。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)懸掛式空中列車用牽引電機(jī)的性能和整體結(jié)構(gòu)做了闡述，詳細(xì)介紹了該電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和電機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過(guò)電機(jī)溫升、特性試驗(yàn)等研究性試驗(yàn)，充分掌控電機(jī)的運(yùn)行性能，同時(shí)在整車上進(jìn)行了聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，證明了該電機(jī)的可靠性。該項(xiàng)目的研制成功，證明了公司具備懸掛式空中列車用傾斜式安裝牽引電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造能力。