青島地鐵3號線車輛齒輪箱結(jié)構(gòu)特點及日常維護保養(yǎng)

陳萍+羅情平

摘 要：車輛轉(zhuǎn)向架是支撐車體的重要設(shè)備，而齒輪箱又是車輛轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵部件之一。合理設(shè)計的齒輪箱結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)向架性能具有極其重要的影響。文章從青島3號線車輛運營參數(shù)出發(fā)，詳細介紹了齒輪箱結(jié)構(gòu)特點及日常維護保養(yǎng)方法。

關(guān)鍵詞：齒輪箱；潤滑；密封；維護

中圖分類號：U231+.94 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0073-03

青島地鐵3號線作為青島市首條地鐵路線，也是山東省境內(nèi)建成的第一條地下鐵路。伴隨著青島3號線地鐵的順利開通試運營，車輛的運行安全變成了運營的重要工作，而齒輪箱的有效運轉(zhuǎn)關(guān)系到車輛能否有效運營。熟悉了解齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于開展日常維護保養(yǎng)工作。本文詳細介紹了齒輪箱各零部件結(jié)構(gòu)特點、日常維護方法及常見故障模式。

1 車輛運營參數(shù)

青島地鐵3號線車輛采用國家標準B型車設(shè)計，最高運行速度80km/h，最高設(shè)計速度90km/h，滿足100km/h列車回送運行速度要求。工作環(huán)境溫度：-25℃～+45℃。線路最大坡度4%，最大超高120mm。車輛車體采用鋁合金設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)剛度好、承載能力強、質(zhì)量輕等特點。車輛主要設(shè)備使用壽命滿足30年設(shè)計要求，橡膠材質(zhì)部件滿足6年免維護壽命要求。

通過以上參數(shù)可知，齒輪箱需滿足高轉(zhuǎn)速、長壽命及高可靠度等要求。

2 齒輪箱結(jié)構(gòu)特點

齒輪箱為單級圓柱斜齒輪傳動，主要由齒輪、箱體、軸承、潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)及附件等組成，各零部件和功能系統(tǒng)之間相輔相成，互相配合，形成了整個齒輪箱系統(tǒng)。

圖1是齒輪箱外形圖，表1是齒輪箱牽引技術(shù)參數(shù)。

1.構(gòu)架；2.安全鼻；3吊桿；4.輸入齒輪軸；5.車軸；6.上箱體；7.下箱體；8.注油塞；9.油位計；10.放油塞；11.視孔窗

圖1 齒輪箱外形圖

2.1 箱體

齒輪箱箱體除了承受輸出扭矩的反作用力，保證齒輪具有良好的嚙合精度以外，還作為一個密閉空間，為齒輪、軸承提供充分的潤滑渠道。齒輪箱箱體采用臥式剖分結(jié)構(gòu)，中分面采用4個M20內(nèi)六角螺釘將上下箱體緊密結(jié)合。輸入軸線與輸出軸線采用橫向平行布置形式。

車輛運行時，齒輪箱除了要承受來自車輪與軌道摩擦傳遞而來的振動沖擊，還要為齒輪和軸承運轉(zhuǎn)提供良好的剛性支撐。而球墨鑄鐵EN-GJS-400-18-LT（符合EN1563標準）材料完全滿足此類箱體需求。表2是EN-GJS-400-18-LT材料機械性能。

2.2 齒輪

齒輪傳動的好壞直接影響著齒輪箱傳動效率、傳動精度，是車輛正常驅(qū)動的關(guān)鍵因素。本項目采用漸開線圓柱斜齒輪傳動，表3是傳動齒輪基本參數(shù)表。

青島地鐵3號線作為青島市首條地鐵路線，也是山東省境內(nèi)建成的第一條地下鐵路。伴隨著青島3號線地鐵的順利開通試運營，車輛的運行安全變成了運營的重要工作，而齒輪箱的有效運轉(zhuǎn)關(guān)系到車輛能否有效運營。熟悉了解齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有助于開展日常維護保養(yǎng)工作。本文詳細介紹了齒輪箱各零部件結(jié)構(gòu)特點、日常維護方法及常見故障模式。

1 車輛運營參數(shù)

青島地鐵3號線車輛采用國家標準B型車設(shè)計，最高運行速度80km/h，最高設(shè)計速度90km/h，滿足100km/h列車回送運行速度要求。工作環(huán)境溫度：-25℃～+45℃。線路最大坡度4%，最大超高120mm。車輛車體采用鋁合金設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)剛度好、承載能力強、質(zhì)量輕等特點。車輛主要設(shè)備使用壽命滿足30年設(shè)計要求，橡膠材質(zhì)部件滿足6年免維護壽命要求。

通過以上參數(shù)可知，齒輪箱需滿足高轉(zhuǎn)速、長壽命及高可靠度等要求。

2 齒輪箱結(jié)構(gòu)特點

齒輪箱為單級圓柱斜齒輪傳動，主要由齒輪、箱體、軸承、潤滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)及附件等組成，各零部件和功能系統(tǒng)之間相輔相成，互相配合，形成了整個齒輪箱系統(tǒng)。

圖1是齒輪箱外形圖，表1是齒輪箱牽引技術(shù)參數(shù)。

1.構(gòu)架；2.安全鼻；3吊桿；4.輸入齒輪軸；5.車軸；6.上箱體；7.下箱體；8.注油塞；9.油位計；10.放油塞；11.視孔窗

2.1 箱體

齒輪箱箱體除了承受輸出扭矩的反作用力，保證齒輪具有良好的嚙合精度以外，還作為一個密閉空間，為齒輪、軸承提供充分的潤滑渠道。齒輪箱箱體采用臥式剖分結(jié)構(gòu)，中分面采用4個M20內(nèi)六角螺釘將上下箱體緊密結(jié)合。輸入軸線與輸出軸線采用橫向平行布置形式。

車輛運行時，齒輪箱除了要承受來自車輪與軌道摩擦傳遞而來的振動沖擊，還要為齒輪和軸承運轉(zhuǎn)提供良好的剛性支撐。而球墨鑄鐵EN-GJS-400-18-LT（符合EN1563標準）材料完全滿足此類箱體需求。表2是EN-GJS-400-18-LT材料機械性能。

2.2 齒輪

齒輪傳動的好壞直接影響著齒輪箱傳動效率、傳動精度，是車輛正常驅(qū)動的關(guān)鍵因素。本項目采用漸開線圓柱斜齒輪傳動，表3是傳動齒輪基本參數(shù)表。

齒輪材料根據(jù)強度計算結(jié)果和工藝實際情況，采用18CrNiMo7-6材質(zhì)（符合EN10084標準）。齒廓表面經(jīng)過滲碳淬火熱處理工藝，齒面硬度達58～64HRC。為了提高齒輪嚙合精度，降低噪聲，齒輪經(jīng)過MASTA軟件模擬計算修形量，經(jīng)磨削修形，齒輪精度達到ISO1328標準的6級精度要求。疲勞強度計算符合ISO6336標準要求。

2.3 軸承

輸入齒輪軸由兩個圓柱滾子軸承（NU217）和一個四點球軸承（QJ217）作支撐，此軸承配置結(jié)構(gòu)便于安裝和調(diào)試。車軸采用簡支梁式支撐，兩個圓錐滾子軸承（LM241147）面對面裝配的方式，分別布置在兩端。軸承的軸向游隙通過調(diào)整墊進行調(diào)整。選用的是進口軸承，軸承壽命計算符合ISO281標準要求，設(shè)計壽命達200萬公里，軸承檢查周期滿足大于80萬公里。

2.4 潤滑及密封

齒輪箱中的齒輪和軸承均采用潤滑油的飛濺潤滑。

齒輪箱箱體底部設(shè)有油池存儲潤滑油。箱體內(nèi)部設(shè)有集油槽和油溝，軸承座上設(shè)有進油孔，進油孔通入軸承。齒輪飛濺的潤滑油通過箱體上集油槽、油溝和軸承座上進油孔，流入軸承內(nèi)部潤滑軸承。并通過兩道回油孔將油回到箱體底部。 潤滑油：車輛用潤滑油 美孚Mobil Synthetic Gear Oil 75W-90或 殼牌Shell Spirax S6 AXME 75W-90。

齒輪箱密封系統(tǒng)分為：接觸式靜密封和非接觸式動密封。

（1）接觸式靜密封

整個傳動齒輪箱內(nèi)，在密封端蓋-軸承座和軸承座-箱體之間的接觸式靜密封均采用O形橡膠密封圈和端面厭氧型密封膠聯(lián)合密封；上下箱體分箱面處以及其他各處的接觸密封均采用端面厭氧型密封膠的密封。該密封方式結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。

（2）非接觸式動密封

對于齒輪箱小齒輪軸和車軸等貫通部位的密封，采用非接觸式機械密封，即采用間隙式機械迷宮密封的雙層密封方式。減小內(nèi)部油汽壓力和流動性，保證齒輪箱內(nèi)部油汽不滲漏；同時保證外部灰塵雜質(zhì)及水不能進入齒輪箱。

3 維護保養(yǎng)

根據(jù)齒輪箱的生命周期管理，齒輪箱在正式交付后需經(jīng)過首次使用、試運營跑合、月檢、年檢及大修等階段。表4列舉了各個階段的維護保養(yǎng)方法。

4 故障處理

齒輪箱在運營過程中，通常會遇到多種故障，表5列舉了幾種常見故障模式。通過了解這些故障模式，分析存在的原因，有助于尋找合適的解決方法。

5 結(jié)束語

本文詳細介紹了青島地鐵3號線齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，并針對齒輪箱在不同運營階段提出相應(yīng)的維護保養(yǎng)方法，以及列舉了多項常見故障模式和解決措施。熟悉了解以上信息，對齒輪箱的使用維護保養(yǎng)具有指導(dǎo)性意義。

參考文獻：

[1]張晶.地鐵齒輪箱結(jié)構(gòu)改進研究[D].上海交通大學(xué)，2015.

[2]申長宏.機車齒輪箱箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].電力機車與城軌車輛，2007（3）.

[3]吳錕.城市軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架綜述[J].鐵道機車車輛工人，2010（6）：3.

齒輪材料根據(jù)強度計算結(jié)果和工藝實際情況，采用18CrNiMo7-6材質(zhì)（符合EN10084標準）。齒廓表面經(jīng)過滲碳淬火熱處理工藝，齒面硬度達58～64HRC。為了提高齒輪嚙合精度，降低噪聲，齒輪經(jīng)過MASTA軟件模擬計算修形量，經(jīng)磨削修形，齒輪精度達到ISO1328標準的6級精度要求。疲勞強度計算符合ISO6336標準要求。

2.3 軸承

輸入齒輪軸由兩個圓柱滾子軸承（NU217）和一個四點球軸承（QJ217）作支撐，此軸承配置結(jié)構(gòu)便于安裝和調(diào)試。車軸采用簡支梁式支撐，兩個圓錐滾子軸承（LM241147）面對面裝配的方式，分別布置在兩端。軸承的軸向游隙通過調(diào)整墊進行調(diào)整。選用的是進口軸承，軸承壽命計算符合ISO281標準要求，設(shè)計壽命達200萬公里，軸承檢查周期滿足大于80萬公里。

2.4 潤滑及密封

齒輪箱中的齒輪和軸承均采用潤滑油的飛濺潤滑。

齒輪箱箱體底部設(shè)有油池存儲潤滑油。箱體內(nèi)部設(shè)有集油槽和油溝，軸承座上設(shè)有進油孔，進油孔通入軸承。齒輪飛濺的潤滑油通過箱體上集油槽、油溝和軸承座上進油孔，流入軸承內(nèi)部潤滑軸承。并通過兩道回油孔將油回到箱體底部。 潤滑油：車輛用潤滑油 美孚Mobil Synthetic Gear Oil 75W-90或 殼牌Shell Spirax S6 AXME 75W-90。

齒輪箱密封系統(tǒng)分為：接觸式靜密封和非接觸式動密封。

（1）接觸式靜密封

整個傳動齒輪箱內(nèi)，在密封端蓋-軸承座和軸承座-箱體之間的接觸式靜密封均采用O形橡膠密封圈和端面厭氧型密封膠聯(lián)合密封；上下箱體分箱面處以及其他各處的接觸密封均采用端面厭氧型密封膠的密封。該密封方式結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。

（2）非接觸式動密封

對于齒輪箱小齒輪軸和車軸等貫通部位的密封，采用非接觸式機械密封，即采用間隙式機械迷宮密封的雙層密封方式。減小內(nèi)部油汽壓力和流動性，保證齒輪箱內(nèi)部油汽不滲漏；同時保證外部灰塵雜質(zhì)及水不能進入齒輪箱。

3 維護保養(yǎng)

根據(jù)齒輪箱的生命周期管理，齒輪箱在正式交付后需經(jīng)過首次使用、試運營跑合、月檢、年檢及大修等階段。表4列舉了各個階段的維護保養(yǎng)方法。

4 故障處理

齒輪箱在運營過程中，通常會遇到多種故障，表5列舉了幾種常見故障模式。通過了解這些故障模式，分析存在的原因，有助于尋找合適的解決方法。

5 結(jié)束語

本文詳細介紹了青島地鐵3號線齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，并針對齒輪箱在不同運營階段提出相應(yīng)的維護保養(yǎng)方法，以及列舉了多項常見故障模式和解決措施。熟悉了解以上信息，對齒輪箱的使用維護保養(yǎng)具有指導(dǎo)性意義。

參考文獻：

[1]張晶.地鐵齒輪箱結(jié)構(gòu)改進研究[D].上海交通大學(xué)，2015.

[2]申長宏.機車齒輪箱箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].電力機車與城軌車輛，2007（3）.

[3]吳錕.城市軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架綜述[J].鐵道機車車輛工人，2010（6）：3.