電力機車主電路分析與檢查（十五）

1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是牽引電動機中工作最困難的部件之一，因為它不僅要傳遞 牽引電動機產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)矩，而且還要經(jīng)常承受很大的沖擊載荷（特 別是抱軸式牽引電動機），此時轉(zhuǎn)軸將利用彈性變形來吸收大部分的 沖擊力。其彈性變形雖然不大，但經(jīng)常反復(fù)變形會使轉(zhuǎn)軸的材料產(chǎn)生 疲勞，其至出現(xiàn)裂紋或折損。同時，轉(zhuǎn)軸上還安裝著電樞鐵心、換向 器、滾動軸承內(nèi)圈和小齒輪等零部件，使轉(zhuǎn)軸經(jīng)常存在著內(nèi)應(yīng)力。所 以，用來制造轉(zhuǎn)軸的鋼材必須具有很高的機械強度和足夠的韌性。電 力機車牽引電動機的轉(zhuǎn)軸采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，如鉆猛鋼和輅鋁鋼等。由于轉(zhuǎn)軸上沿軸向不同位置的負載大小不同，轉(zhuǎn)軸需要做成不同 的配合直徑和不同截面的分級圓柱體，稱為階梯軸（

2、見圖2-42）o 為了盡可能消除轉(zhuǎn)軸在彎曲和扭轉(zhuǎn)下工作時的局部應(yīng)力集中，在考慮 軸的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)將不同截面的轉(zhuǎn)換部分減少，而且由一個截面到另一 個截面的過渡應(yīng)釆用圓弧過渡，曲線半徑應(yīng)盡可能做得大一些。電樞直徑在400 mm以下吋，電樞鐵心、前后壓圈及換向器套筒 等部件是直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上的。電樞直徑在400 mm以上時，電樞鐵 心、前后壓圈及換向器套筒等部件是先裝在電樞套筒上，電樞套筒再 裝在轉(zhuǎn)軸上。這樣做的優(yōu)點是材料利用較好，而且在需要更換轉(zhuǎn)軸時, 不需將電樞繞組與換向片焊開，缺點是電樞套筒的加工工藝要求有很 高的精確度。轉(zhuǎn)軸和各部分的配合除軸承內(nèi)圈采用基孔制外，其他均采用基軸 制。軸的加工應(yīng)按

3、2級精度的要求進行，表面粗糙度民值要求在0.8 u m以下，截面轉(zhuǎn)換半徑處的表面粗糙度ra值要求在3.2um以下， 軸頸處和錐度面的表面粗糙度要求在0. 4 um以下。此外，軸端還加 工有壓油孔道，以供連接專用油泵拆卸小齒輪用。整個轉(zhuǎn)軸加工完成 后不允許表面有任何破壞性痕跡，在搬運和組裝過程中，應(yīng)采用軟鋼 絲繩吊裝而且要加裝軸端橡膠保護套。電樞鐵心電樞鐵心是牽引電動機磁路的一部分，也是承受電磁力作用的部 件。在電樞鐵心圓周表面均勻開有電樞槽，槽內(nèi)嵌裝電樞繞組。由電 樞鐵心和電樞繞組構(gòu)成了脈流牽引電動機的電樞，電樞繞組中流過電 流，在磁場中受到電磁力的作用，使電樞旋轉(zhuǎn)，把電能轉(zhuǎn)換成機械能。 可見

4、它們是牽引電動機中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，因此稱之為“電樞”。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，定子上的n、s極磁通交替穿過電樞鐵 心，使電樞鐵心中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗。為了減少這些損耗的影響， 電樞鐵心通常用0. 5mm厚帶絕緣層的冷軋電工鋼片疊壓而成，圖2 52所示為牽引電動機電樞沖片的一種結(jié)構(gòu)形式。電樞沖片上沖有 電樞槽、軸孔、通風(fēng)孔、鍵槽和標(biāo)記孔。圖252電樞沖片1 電樞槽;2通風(fēng)孔;3標(biāo)記孔;4軸孔;5鍵槽。在牽引電動機中，電樞槽一般做成開口的矩形槽，這樣可以方便 地把預(yù)成型的電樞線圈嵌放到電樞槽中。通風(fēng)孔構(gòu)成了電樞鐵心內(nèi)部 的軸向通風(fēng)道，使鐵心內(nèi)部能通過足夠的風(fēng)量，達到良好的散熱效果。 電樞槽和通風(fēng)

5、孔的數(shù)口應(yīng)為磁極數(shù)的整數(shù)倍，并且在圓周均勻分布， 使電樞在任何位置時，電動機的磁路都完全對稱，避免了磁通的縱向 振蕩。半圓形的標(biāo)記孔是鐵心疊裝時用的定位標(biāo)志，電樞沖片按同一 面疊放，使疊片整齊，又可以提高鐵心的疊壓系數(shù)。電樞鐵心采用靜配合安裝在轉(zhuǎn)軸或電樞套筒上。為了防止鐵心端 部的沖片邊緣松散，鐵心兩端各有一塊較厚的電樞端板，用數(shù)張inrni 厚的鋼板點焊而成。電樞鐵心兩端裝有采用優(yōu)質(zhì)鋼鑄成的壓圈，一方面作為電樞繞組 的支架，另一方面把電樞沖片壓緊，使電樞沖片保持固定的壓力。換 向器一端稱為前壓圈，前壓圈與換向器套筒做成一體，非換向器一端 稱為電樞后壓圈，采用靜配合裝在轉(zhuǎn)軸或電樞套筒上。電樞繞

6、組電樞繞組是脈流牽引電動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件，把電樞線圈嵌 放在電樞鐵心圓周的電樞槽中，按一定規(guī)律與換向器連接起來就構(gòu)成 了屯樞繞組。電樞繞組由許多繞組元件組成，繞組元件通常采用單絲或雙絲薄 膜導(dǎo)線制成。在牽引電動機中，通常采用單疊單匝繞組元件。為簡化 嵌線工藝，提高絕緣質(zhì)量，將幾個繞組元件包扎在一起，構(gòu)成了電樞 線圈，電樞線圈在嵌線前就做成成型線圈。繞組元件在電樞槽內(nèi)的放置分為豎放和平放兩種，如圖2-53所 示。豎放工藝簡單，所以一般都采用豎放。平放對改善電機換向有利, 同時可以使繞組附加損耗減少，缺點是繞組元件和換向片連接時，需 要將元件壓扁或扭轉(zhuǎn)，工藝比較復(fù)雜。電樞繞組在電樞鐵心槽內(nèi)的絕

7、緣結(jié)構(gòu)如圖512所示。2圖253繞組元件在杷內(nèi)的布置(a)豎放；(b)平放。1 槽楔；2繞組元件；3、5、7襯梨；4-對地絕緣和外包絕緣；6匝間絕緣；8槽絕緣。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)吋，電樞圓周的最大線速度可達60m/s或更高，因 此繞組元件將受到很大的離心力作用，為了防止繞組元件甩出，電樞 線圈在槽內(nèi)部分需用槽楔固定，目前采用較多的是環(huán)氧酚醛玻璃布板 制成的槽楔。同樣，電樞線圈的端接部分也受到離心力作用，必須用 扎線來固定，在牽引電動機中，電樞線圈的端接部分通常采用無緯玻 璃絲帶綁扎。換向器換向器是直流和脈流牽引電動機特有的重要部件，其作用是在發(fā) 電機狀態(tài)下將電樞繞組中產(chǎn)生的交變電勢整流成電刷間的直流電

8、勢; 在電動機狀態(tài)下將輸人的直流電流逆變成電樞繞組中的交變電流，以 產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩。電機運行吋，換向器既要通過很大的電流， 又承受各種機械應(yīng)力。換向器工作情況的好壞，直接影響著電機的運 行性能。換向器是由很多和互絕緣的換向片組合而成的，有多種形式，現(xiàn) 代牽引電動機大多采用圖254所示的拱式換向器。拱式換向器的主要零部件包括換向片、云母片、v形云母環(huán)、絕 緣套筒、換向器套筒、壓圈和組裝螺栓等，所有零部件全部固定在換 向套筒上，然后將換向器套簡裝配在轉(zhuǎn)軸上。圖254換向器結(jié)構(gòu)1-換向片；2-絕緣套筒；3云母片；4升高片；5-v形云母環(huán);6換向器套筒；7-轉(zhuǎn)軸；8鍵；9-換向器螺栓；10壓圈。

9、換向片是換向器的導(dǎo)電部分，其工作表面與電刷滑動接觸，既要 傳導(dǎo)電流，又要承受離心力、熱應(yīng)力、磨擦力、電火花和電弧作用, 因此，換向片應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能、耐磨性能、耐弧性 能和機械性能。在牽引電動機中，換向片采用含少量銀的梯形銅排制 成。換向片與電刷接觸的部分稱為工作部分，換向片上與電樞繞組元 件聯(lián)接的部分稱為升高片，繞組元件引出線嵌入升高片槽中，采用 tig焊接。相鄰換向片片間用云母片絕緣，云母片厚度為0.8-1. 5mm,形狀 和換向片相同，用襯墊云母板沖制而成。為了保證換向片尺寸的精確 性，要求云母片只能含少量的膠質(zhì)，它在溫度為20°c、壓力為60mpa 的作用下，收

10、縮率應(yīng)不大于7%。因為換向片的磨損比云母片快，故 在組裝好的換向器上，還必須將云母片下刻0.8-1. 5mm,同時換向 片兩側(cè)要倒角，如圖255所示，以保證電機運行時電刷和換向器良 好接觸。圖2-55換向片倒角及云母片卞刻示意圖1 換向片;2云母片；3倒角。v形云母環(huán)和絕緣套簡作為換向器的對地絕緣，通常采用多層云 母片下刻示意圖層塑性云母板（或者環(huán)氧酚醛玻璃坯布和聚脂玻璃坯 布）在高溫高壓下模壓成型，其厚度取決于牽引電動機的電壓等級。v 形云母環(huán)的形狀如圖2-56（a）所示，為了對換向片傳遞徑向壓力，v 形云母環(huán)的著力錐面與軸線成30度角，另一錐面雖然不傳遞壓力， 但為了便于脫模與軸線成3度角

11、。絕緣套筒的形狀比較簡單，一般做 成圓筒形，如圖256（b）所示。拱式換向器緊固靠換向器套筒、壓圈和組裝螺栓實現(xiàn)，由圖2- 56可見，換向器緊固后，在換向片燕尾上部（稱為"3°面”）與v形 壓圈之間有0. 51. 0 mm的間隙，所以，緊固力均勻分布在燕尾部下 表面（稱為30。面”）上，可以用集中力n表示，力n可分解為水平 分力戶，和垂直分力，其受力如圖257所示。分力r通過換向器套 筒和壓圈作用于換向片上，用來夾緊換向片。分力py作用于每個換向 片中心，乂可以分解為兩個分力pz,作用于換向片兩個側(cè)面產(chǎn)半拱 壓力，使換向器成為一個緊固的整體。3°（b）圖2-56 v形云母環(huán)和絕緣套筒圖2-57換向器受力分析（a） v形云母