屏蔽门电机轮轴焊点脱焊原因分析及改进*

陈光伟，孙康萌，曲泽超

（1.郑州铁路职业技术学院，郑州 451460；2.郑州地铁集团有限公司，郑州 450000）

0 引言

城市轨道交通站台屏蔽门系统是现代城市地铁和轻轨采用的一种专用设备。屏蔽门的驱动采用直流无刷电机，屏蔽门的开启与关闭通过电机轴联接带轮，通过齿型同步皮带传动来实现的。这就要求驱动机构必须具有牢固的联接和较长的使用寿命。本文重点讨论屏蔽门传动装置中电机轮轴脱焊造成的轴断裂故障原因分析及改进。

1 屏蔽门传动装置的工作原理

屏蔽门的传动装置是采用齿型同步带传动[1]，由1条同步带与2个同步轮（主动轮和反向轮）系统组成。电机在DCU控制指令下通过减速机驱动“主动轮-皮带-从动轮”进行往复循环运动；连接在皮带上的挂件，通过滚轮拖板组带动吊挂其上的滑动门进行往复运动，从而实现滑动门的开关门动作。当需要打开滑动门时，电机输出功率带动主动轮顺时针转动，滑动门扇1在滑动门行走托架的带动下向左运动，滑动门扇2在滑动门行走托架的带动下向右运动，直到达到设定开度。当需要关闭滑动门时，电机带动主动轮反向转动，滑动门扇1在滑动门行走托架的带动下向右运动，滑动门扇2在滑动门行走托架的带动下向左运动，直到滑动门关闭锁紧。

图1 屏蔽门传动装置工作原理示意图

在滑动门运动过程中，电机输出功率要满足滑动门门体的水平载荷，保证门体在受到风压后，滚轮与导轨间的啮合行走不受影响，运行平稳，噪音小。一旦出现电机轮轴之间松动、皮带轮转换轮损坏等故障情况，传动效率下降就会出现运行异响、电机轴断裂、屏蔽门无法关闭等现象[2]。

2 故障现象

屏蔽门系统在滑动门开合时要求快速、平稳，当屏蔽门顶箱或固定侧盒关闭时，在站台侧距离屏蔽门1 m离地1.5 m处测量屏蔽门运行时噪声不应大于70 dB（A）[3]。在某地铁线路在运营过程中发现多个屏蔽门电机轮异响严重，甚至造成电机轴断裂，增大了电机轮掉入轨行区风险。屏蔽门无法联动关闭，将屏蔽门隔离后，切换到手动模式推合后仍有缝隙[4]。

3 故障原因

在对产生异响的电机进行检查分析后，可从以下3个方面着手分析。

（1）故障原因一。对电机轴轮连接进行检查，发现电机轮和电机轴连接处焊点开裂、焊点脱焊。电机轮脱焊后导致电机轮和皮带不在同一平面上，开关门时异响严重，轮轴中心不对称，长时间运行过程中来回摆动，电机轴受力不均衡扭力过大造成电机轴断裂，电机轮掉落。同时使得皮带磨损情况加重，影响皮带使用寿命。而焊点开裂现象是电机轮与电机轴连接处焊点过于单薄造成的。图2所示为电机轮焊点与脱焊情况。

图2 电机轮焊点与电机脱焊情况图

（2）故障原因二。对于半高式安全门来说，除了分析电机异响现象外，还要观察电机轴是否有断裂情况。判断电机轴断裂的原因基本如下：滑动门皮带张紧度过量，使电机带长期受力作用于某一固定点，久而久之导致电机带轮和从动轮偏离，不在一个平面上，此时所有的力反复作用在一个点上，导致疲劳断裂。其次不排除该单元电机没有调整到位的情况，待更换新的电机后，可重点观察已更换的电机，记录运行情况。图3所示为电机带轮和从动轮偏离情况，从图中可以看到，调整到位的传动装置，3个带轮是在同一个平面上[5]，电机连接用的螺钉也都是水平的。一旦安装工人没有认真将电机调整到位，会出现如下情况：驱动带轮和从动带轮不在一个平面上，两者之间会出现一个夹角。在这种情况下，驱动带轮的运行轨迹为“∞”，所有的力都反复作用在箭头所示位置。在长期非正常工况运行条件下，电机轴产生疲劳损伤，导致断裂。

图3 电机带轮和从动轮偏离情况示意图

（3）故障原因三。屏蔽门无法联锁关闭，手动模式仍存在缝隙无法关闭，可能是存在机械设备的故障。故障原因可以按以下步骤排查：首先、拆除滑动门门体与门机传动皮带的连接挂板螺丝，将两侧分离，分离后如能成功将滑动门关闭，排除门体部分的可能性；其次，拆除右侧皮带挂件，将右侧皮带完全拆除，拆除后测试滑动门左侧皮带部分，皮带依然无法动作，排除右侧皮带及张紧装置的可能性；然后，放松皮带转换轮螺丝，移动皮带转换轮从而达到松右侧皮带的目的，松右侧皮带后，测试皮带转换轮依然无法动作，确定故障原因为皮带转换轮故障；最后，更换皮带转换轮后，此滑动门单元可以恢复正常。

4 电机轮轴连接方式

经过调研目前市场上生产屏蔽门的厂家主要有西屋、中船重工713所、四川久远等国内外品牌，屏蔽门系统电机轮轴连接方式主要由以下几种固定方式，如图4所示。

方式1：采用热塑冷压（冷热交替，部件挤压成型），其特点为利用热胀冷缩原理，挤压安装；固定强度较高，在实际运营中从未发生电机轮轴松脱故障，如图4（a）所示。

方式2：两点固定点焊，其特点为加工安装简单，工艺成本较低；固定强度较弱，由于此种方式的电机轮轴焊接处过于单薄，容易出现脱焊情况，增加运营风险；如图4（b）所示。

方式3：多处点焊，加工安装简单，焊接处较多，固定强度较强，轮轴焊点不易脱落，如图4（c）所示。

图4 电机轮轴连接方式

5 预防及改进措施

5.1 预防措施

（1）措施1。在需要拆除大护罩的检修当中，可以观察一下3个带轮是否在同一个平面，在同一个平面的不会出现断裂问题；不在同一个平面的，及时调整到位。

（2）措施2。对于机械设备故障，尤其造成屏蔽门运行异响严重，甚至导致门体无法闭合的情况，很大可能是由于皮带转换轮故障造成的，对于此类故障可以做好以下工作：①检修时，查看首末端非标滑动门皮带松紧度，皮带过紧的要适当调松；②要求厂家在生产大小轮时进行质量检测，严格把关；③对于有问题的大小带轮，提供备件，进行更换；④检修时听大小轮是否有异响，如果有异响对大小轮进行更换。屏蔽门专业人员加强巡检，重点关注滑动门的运行状态，提前采取措施，保证滑动门稳定运行[6]。

5.2 改进措施

由于故障电机轮轴脱焊有较大安全风险，需要增大电机轮轴的联接强度。为了不改变电机轮轴配合方式，不消减电机轴的强度，同时增大联接处强度，减小变形应力，提出对电机减速器带轮和电机轴端头进行车削处理，增加轴与带轮的接触点焊接面积，增大焊点牢固强度，如图5、图6所示。

图5 电机减速器带轮与轴车削效果图

图6 电机减速器轮轴配合效果图

考虑到减速器的传动比和最大输出扭矩[7]，带轮和轴的铣削尺寸均为3 mm 3 mm；焊条采用高碳钢的焊条，材质与轴和带轮的材质相近，焊接后，变形应力小，焊点更加牢固。

6 结束语

改进后的电机轮轴联结方式在不削减轮轴的强度的同时，增加了轮轴之间的接触面积，增大了链接强度，减少了运动噪声，运行更加平稳，提高了传动效率和可靠性[8]。经过实验证明，改进后的屏蔽门传动装置轮轴联接方式能够满足使用要求，减少了轮轴松动等带来的运营隐患。