永磁直驱转向架轮对驱动装置组装工艺分析

永磁直驱转向架轮对驱动装置组装工艺

分析

摘要：介绍了永磁直驱转向架的优势，以中车株洲电力机车有限公司研发的永磁直驱货运机车转向架为分析对象，重点阐述了永磁直驱转向架轮对驱动结构、组装工艺难点、解决方案及实施效果，为后续永磁直驱轮对驱动的设计及制造起到一定的借鉴和指导作用。

关键词：永磁直驱；柔性联轴器；空心轴；组装工艺

1 概述

轨道交通车辆传统的动力转向架，一般采用传动齿轮箱将牵引电机转矩放大一定倍数后传递到轮对，而直接驱动技术是将牵引电机输出的力矩或力直接传递给轮对，直接驱动轮对，不需要齿轮箱作为中间传动部件，提高了传动效率，降低了传动能耗和后期检修维护的费用，是一种新型驱动技术。

永磁直驱技术是将永磁电机和直驱系统两种先进技术结合起来，在大功率轨道交通机车车辆中进行应用，永磁电机具有功率密度高的特点，在同等尺寸和质量的条件下，可以实现大转矩牵引。

2 永磁直驱转向架的优势

2.1 整车效率高

由于采用永磁电机能提高牵引电机的效率，而取消齿轮箱也提高了牵引系统的传动效率，一级齿轮箱的传动效率一般为97.5%，当取消该齿轮箱后，整个牵引系统的额定点效率提升约3%。

2.2 运用维护成本低

传统驱动系统需要定期更换齿轮油，轮对拆解时更换橡胶关节、紧固件等，

轴承寿命到期更换等，维护成本偏高。采用永磁直驱驱动系统后，取消了齿轮箱，消除了因齿轮传动机构存在导致的漏油、振动等问题，永磁直驱传动系统关键部

件柔性联轴器无磨耗、装配及拆卸方便、其免维护周期可达200万km，降低了全

寿命周期的成本。

2.3 环保降噪

齿轮箱运行时，会带来很大的噪音，尤其当高速运行时，当取消齿轮箱后，

可以彻底消除齿轮箱带来的噪音，提高了运行的舒适度。同时由于取消了齿轮箱，避免了由于齿轮油泄漏导致的环境污染，也避免了废齿轮油、废橡胶关节处理不

当造成的环境污染。

3 永磁直驱转向架轮对驱动装置结构及组装工艺难点

永磁直驱轮对主要由永磁电机、轮对及膜片组柔性联轴器组成。如图1、图

2所示，电机与传动盘由端齿连接传递转矩，传动盘通过膜片组件将转矩传递给

空心轴，空心轴左端端齿与传动盘相连将转矩传递给车轮侧传动盘，传动盘通过

膜片组件及连接销将转矩传递给主动车轮，从而实现牵引电机的扭矩通过联轴器

直接传递到车轮上。采用直驱技术，最大优点是电机实现架悬，簧下质量大幅降低，有利于减轻轮轨冲击，提升曲线通过能力，减轻轮缘磨耗。

图1 直驱轮对

驱动装置扭矩传递

示意

图

图2 永磁直驱膜片式联轴器示意图

通过对永磁直驱轮对驱动装置设计图纸工艺分析，结合现有的工装工具及设

备现状，确定该项目轮对驱动组装工艺流程为：电机侧传动盘安装—空心轴安装—电机侧膜片组件预装—车轮侧传动盘安装—车轮侧膜片组件预装—车轴主动车

轮组成安装—膜片螺栓紧固—从动车轮压装，存在以下主要工艺难点：

1）空心轴需从电机传动端穿入，从非传动端穿出，通过膜片组件连接电机

侧传动盘、车轮侧传动盘和连接销，因此空心轴的吊运及组装至关重要，需要保

证空心轴能够平稳从电机转轴中穿出，并能与电机侧传动盘精准定位，以便膜片

组件的安装。

2）空心轴两端各有三套膜片组，每套膜片组由一套膜片组件、三套膜片压

紧螺栓、三套膜片安装螺母组成，每套膜片组件由20多片0.3mm厚的合金钢片

叠压而成，整套膜片组能够承受92KNm的最大转矩。由于空心轴未刚性固定，车

轴与空心轴间隙小，主动车轮侧的三组膜片难以定位及安装，另外膜片压紧螺栓

为非标螺栓，拧紧力矩为1200Nm，且联轴器组装时，受电机与车轮的影响，操作

空间狭小，在拧紧过程中膜片易发生扭曲变形，组装难度极大。

3）进行从动车轮压装时，由于电机架悬，且仅通过膜片组与空心轴及主动

车轮连接，现有轮对压装机的电机支撑装置不能有效支撑电机，两端轴颈支撑后，受电机自重影响，空心轴将与车轴接磨，电机存在翻转的风险，影响轮对压装。

4 解决方案及实施效果

针对以上存在的工艺难点，主要从设计制作专用工装及吊具、采用新型液压

拧紧系统、优化组装工艺路线及方法等方面进行解决。

4.1 空心轴安装解决方案

一般空心轴类产品采用吊带缠绕在轴身部位进行吊装，虽然能通过理论计算

或多次试吊找到空心轴重心位置，将空心轴平稳吊起，但依然不能解决空心轴从

电机转轴中穿出的难点。根据该项目的组装要求，空心轴不仅需吊平，还需能从

电机转轴中穿出。因此根据空心轴的结构特点，利用空心轴两端轴头各有一段直

线端进行定位，计算好空心轴大小头高度差、空心轴中心与电机外壳高度差等，

设计空心轴套装专用U型吊具，该吊具在与空心轴接触部位使用尼龙件进行防护，防止造成空心轴擦伤，起吊位置可调整，并配备弓形卸扣方便使用，两端设置止挡，防止空心轴起吊过程中滑落。

空心轴与电机侧传动盘通过3套膜片组、9个膜片螺栓、9个膜片螺母进行

连接，组装前电机侧传动盘已安装在电机转轴上，空心轴吊入电机转轴后需与传

动盘对齐安装平面及安装孔，因此利用传动盘与空心轴上的安装孔，设计制作空

心轴与电机侧传动盘组装辅助工装，进行精准定位，先将辅助工装固定在电机侧

传动盘上，配合空心轴吊具，在将空心轴吊入电机转轴的时候，调整好空心轴与

传动盘的相对位置，预装好另外两组膜片组件后，拆下定位工装，完成最后一组

膜片组件的预装，具体见图3。

4.2 车轮侧膜片组安装解决方案

将车轴主动车轮组成固定在组装胎上，该组装胎能够实现车轴主动车轮组成

的固定、滑移、旋转及升降，以便连接主动车轮上连接销与传动盘上膜片组的定

位与预组装。组装前在膜片螺栓的螺纹及支撑面、膜片螺母的锥面涂上适量的润

滑脂，降低螺纹副摩擦系数，防止拧紧时螺纹烧死。

为了防止膜片螺栓拧紧过程中膜片压紧垫片错位引起应力集中，拧紧前在压

紧垫片与膜片上划上防松标记，使用垫片定位工装、利用两组垫片相互约束，固

定垫片的位置，并用小扭力机械扳手进行预紧。针对膜片螺栓为非标件且不同供

应商接口尺寸不一致的问题，选用双动六角中空液压扳手配套相应的拧紧转换头

来完成该螺栓的拧紧。每套膜片组由一套膜片组件、三套膜片压紧螺栓、三套膜

片安装螺母组成，按照先中间后两边的顺序，使用液压拧紧扳手分四步进行拧紧，最后使用终拧扭矩进行复扭。膜片组件在组装过程中不允许磕碰、变形、折叠，

以免影响膜片组的质量及使用寿命，具体见图4。

4.3 从动车轮压装解决方案

在带主动车轮的驱动装置组装胎上完成从动车轮的预套，使用轮对驱动专用

吊具，将轮对吊上轮对压装机支撑小车上，支撑好车轴两端轴颈及电机底部支撑座，调整轴颈支撑座的高度，保证电机中心与车轴中心偏差小于3mm，启动压装

程序，完成从动车轮压装，具体见图5。