城市轨道交通是现代化城市的重要组成部分，交通工具使用的可靠性是保障城市运行的关键要素之一。交流牵引电机作为城市轨道交通车辆的动力源，其性能和可靠性直接影响着整个系统的运行。由于工作环境的复杂性和高负荷运行，电动机轴承容易受到电蚀的影响而导致故障。因此，寻找有效的电蚀预防方法对于提高轨道交通系统的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
一、电蚀现象预防的必要性
电蚀会使轴承表面产生腐蚀和麻点，降低轴承的耐磨性和抗疲劳性能，加速轴承的磨损和疲劳损伤，甚至可能导致轴承损坏、脱落，从而影响车轮的运行平稳性和安全性。由于轴承是城市轨道交通的重要部件，其更换和维修需要耗费大量的时间和人力物力，给城市轨道交通的运行和维护带来不便和压力，因此预防电蚀能够延长轴承的使用寿命，减少维修和更换的频率降低运营成本。预防电蚀还能提高城市轨道交通的运行效率和服务质量，电蚀会使轴承产生摩擦和磨损，导致能量损耗增加运行效率降低，轴承损坏也会导致车轮运行不稳定，影响乘客的舒适感和安全感。因此，预防电蚀能够提高城市轨道交通的运行效率，保障乘客的出行体验。
二、电蚀现象的形成原因分析
（一）轴电压
轴承电蚀通常发生于逆变器供电的交流电机，产生的主要原因是电机高次谐波、磁路不平衡、气隙不均匀、静电感应等引起的轴电压所致，虽然电机轴电压很低，只有0.5~2V，但会在电机转轴、机座以及壳体之间形成电压通路，由于电流回路阻抗很小，因此会产生很大的轴电流。正常情况下，转轴与轴承间存在润滑油膜，可起到绝缘作用，对于较低的轴电压，油膜能起到绝缘保护的作用，不会产生轴电流。但当轴电压增大到一定数值，尤其是在电机启动时，由于轴承内的润滑油膜还未稳定建立，轴电压将击穿油膜放电而形成带电回路。当电机轴承油膜击穿时，随着轴承温度的升高，轴承击穿点数量增加，轴承的等效电阻会减小，轴电流将轴承和转轴的金属接触点导通，由于接触点很小，电流密度很大，瞬间产生高温，使轴承局部烧熔,被烧熔的轴承合金在转子重力和离心力的碾压作用下，在轴承滚道和滚动体结合表面产生小坑，常见内圈滚道出现搓板状的凹痕，如图1；也有部分电机反应在轴承滚动体上，表面出现白色腐蚀小凹坑，如图2。
（二）电弧放电
电弧放电是指在电力传输或电气设备运行过程中发生的电流通过空气或其他绝缘介质时，由于介质的电击穿而产生的弧光现象。在轨道交通车辆的牵引电机中当电流传送到轴承时，由于电压过高或电流过大，导致电极间的间隙形成电弧放电。电弧放电除了会产生瞬时高温和高能量，还会产生强烈的电磁场和冲击波，使轴承表面产生局部融化、气化和脱落，最终导致电蚀现象的形成。电弧放电产生的高温和高能量会使轴承材料表面的氧化物、硅酸盐等矿物质析出，形成类似于玻璃陶瓷的熔体，这些熔体会迅速冷却并变得非常硬，形成类似坑洞的凹陷区域，长期以来电弧放电会导致轴承表面变得不平整，形成电蚀。
（三）电解质腐蚀
由于城市轨道交通行业运行环境的特殊性-空气中弥漫较多轮对磨损造成的金属粉末和碳刷研磨形成的碳粉，同时还面对高温、高速、高湿度工况，因此，电机轴承表面容易产生腐蚀。当轴承处于高温高湿度的环境中时，轴承表面的润滑油受到灰尘、水分和其他杂质的污染，这些杂质会与金属表面发生化学反应，形成酸性物质，进而腐蚀轴承表面；还有是轴承工作时，经过长期摩擦，会产生磨粒和微尘等杂质，这些杂质会随润滑脂进入轴承内，成为导电介质，电流流过时在两个不同电极之间形成电位差，这种电位差会引发电解腐蚀现象，导致金属离子溶解，加速轴承的损坏。
三、电蚀现象的预防方法
由于城市轨道交通行业的运行环境和线路无法改变，所以只能从电机自身结构上想办法，制定相应的优化和改进措施，降低电蚀对电机轴承的影响。
（一）引入新的材料和涂层
绝缘轴承的使用，如图3，目前是最常用的一种阻断轴电流方式。通过应用涂层技术来保护轴承表面，采用陶瓷涂层、复合涂层，形成一层坚硬光滑绝缘的保护层，这些涂层可以提供良好的耐电蚀性能，并且具有低摩擦系数和高抗磨损性能，能够有效降低轴承的电蚀风险。采用多种材料的复合结构来增强轴承的抗电蚀能力，通过材料的复合和匹配，形成表面硬度高、表面平滑度好、传导性低的材料结构，使轴承具有更好的电蚀预防效果，此方法通常称为阻断法。
图3 绝缘轴承
（二）绝缘端盖的使用
绝缘端盖的使用，如图4，也是一种阻断轴电流流经轴承的有效方式。绝缘端盖就是将一体端盖改成内外套结构，在内外套之间通过缠绕绝缘薄膜、无纬带、特氟龙等绝缘材料，达到阻断轴电流流经轴承的目的，比直接使用绝缘轴承制造成本相对较低。
图4 绝缘端盖
（三）增加导引装置
在轴端安装接地碳刷，如图5，碳刷端保障其可靠接地，接地环与转轴可靠接触，通过碳刷和接地环将轴电流直接引入大地，消除轴上的感应电势及轴承电位差，达到降低轴电流从轴承流经的风险。
图5 接地装置
（四）优化设计和制造
通过优化轴承结构来提高其电蚀抗性，在设计中可以增加轴承的密封性以防止外界湿气和污染物的侵入，减少液态金属腐蚀的发生；加强轴承的冷却系统设计降低轴承的工作温度，以减少电弧放电的风险。通过改进轴承制造工艺来提高其质量和可靠，使用先进的加工设备和技术，确保轴承的几何形状精度和表面质量达到设计要求。注重材料选择和加工工艺的匹配确保轴承材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性，提高抗电蚀能力。加强对轴承的性能测试和质量控制，在生产过程中进行严格的产品检验和测试，确保每一个轴承的质量达到标准要求。对于不合格的轴承及时进行修复或更换，以确保产品的可靠性和稳定性。
（五）增加维护和保养
定期检查轴承的状态和运行情况，通过定期的轴承检查可以及时发现问题并采取相应措施。检查包括观察轴承表面是否有异常磨损、腐蚀或裂纹，并检查润滑油的清洁度和润滑性能。定期清洁轴承表面，清洁轴承表面可以去除积聚的污垢和杂质，减少电蚀的风险，清洁时要注意使用适当的清洁剂和工具避免对轴承造成损坏。确保轴承得到良好的润滑，润滑油有助于减少摩擦和磨损，提高轴承的效能。定期加注润滑油并根据轴承的工作条件和要求，选择合适的润滑剂，确保轴承得到充分的润滑。注意防止过度负荷运行和过热，过度负荷会导致轴承损坏和电弧放电，而过热则会影响润滑效果和轴承的寿命，在车辆运行过程中要合理调度和使用车辆，确保轴承工作在安全范围内。
结束语
总之，通过引入新的材料和涂层、绝缘端盖的使用、增加导引装置、优化设计和制造、增加维护和保养等方法可以有效防止电蚀问题的发生，延长轴承寿命，保障车辆的稳定运行。未来的研究可以进一步探索新的预防方法，以提高城市轨道交通车辆牵引电机的可靠性和运行效率。
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