某地鐵齒輪箱傳動(dòng)效率試驗(yàn)研究

沈啟敏

(太原重工軌道交通設(shè)備有限公司 技術(shù)中心，山西　太原　030032)

0　引言

傳動(dòng)效率是衡量齒輪箱性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)于軌道交通牽引齒輪箱該指標(biāo)顯得尤為重要。齒輪箱的傳動(dòng)效率可以通過理論計(jì)算來確定，但由于影響齒輪箱實(shí)際傳動(dòng)效率的因素有很多，在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)必須根據(jù)不同情況對(duì)各種系數(shù)值進(jìn)行選擇或判定，這就導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果只能是理論值，實(shí)際意義不大。如果單純采用試驗(yàn)測(cè)定的方法，由于目前測(cè)試條件的局限性及各工裝的功率損失，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果無法準(zhǔn)確反映試驗(yàn)齒輪箱的實(shí)際傳動(dòng)效率。本文根據(jù)某地鐵齒輪箱在負(fù)載試驗(yàn)臺(tái)上的效率試驗(yàn)情況，并結(jié)合理論計(jì)算，確定齒輪箱的實(shí)際傳動(dòng)效率。

1　某齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)

1.1　試驗(yàn)方案

某地鐵牽引齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)在太原重工900 kW負(fù)載試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)方案如圖1所示。其中，牽引電機(jī)用于為試驗(yàn)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速，扭矩傳感儀1主要用于測(cè)試整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的輸入扭矩，扭矩傳感儀2主要用于測(cè)試整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的輸出扭矩；陪試齒輪箱與主試齒輪箱規(guī)格、型號(hào)等情況一致，兩臺(tái)齒輪箱輸入軸用輸入聯(lián)軸器聯(lián)接；軸承座1、軸承座2用于支撐陪試齒輪箱，軸承座3、軸承座4用于支撐主試齒輪箱；負(fù)載電機(jī)用于為試驗(yàn)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩。

1.2　試驗(yàn)步驟及結(jié)果

試驗(yàn)要求及步驟依照TB3134—2013中關(guān)于效率試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。圖2為齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，試驗(yàn)開始，轉(zhuǎn)速緩慢升至齒輪箱額定轉(zhuǎn)速后，按額定扭矩的25%、50%、75%、90%、100%逐級(jí)加載運(yùn)轉(zhuǎn)，在試驗(yàn)齒輪箱達(dá)到熱平衡后，進(jìn)入下一級(jí)載荷。負(fù)載效率試驗(yàn)結(jié)果見表1所示，其中，n1為扭矩傳感儀1處的轉(zhuǎn)速，T1為齒輪箱達(dá)到熱平衡后扭矩傳感儀1測(cè)得的扭矩平均值，n2為扭矩傳感儀2處的轉(zhuǎn)速，T2為齒輪箱達(dá)到熱平衡后扭矩傳感儀2測(cè)得的扭矩平均值。

圖1　齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)方案

圖2　齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

工況(額定扭矩百分比)n1(r/min)T1(Nm)n2(r/min)T2(Nm)正轉(zhuǎn)253571536.443571640.63503573078.563573196.33753574616.153574752.50903575539.273575686.181003576153.223576302.63反轉(zhuǎn)253571536.853571649.18503573077.713573203.29753574615.623574758.62903575545.723575700.571003576155.853576321.72

2　試驗(yàn)臺(tái)工裝功率損耗

針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，附加工裝引起的傳遞功率損耗主要由軸承座損耗和聯(lián)軸器損耗兩部分組成。

2.1　軸承座損耗

2.1.1軸承座空載損耗轉(zhuǎn)矩

圖1中的4個(gè)軸承座型號(hào)相同，軸承座中的軸承為球面滾子軸承。軸承座空載損耗基本計(jì)算參數(shù)見表2，其中υoil為工作溫度下潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度，n為軸承轉(zhuǎn)速，dm為軸承中徑，f0為計(jì)算系數(shù)。

表2　軸承座空載損耗基本計(jì)算參數(shù)

軸承座空載損耗轉(zhuǎn)矩為：

(1)

將相關(guān)數(shù)值代入式(1)計(jì)算得：TVL01=TVL02=TVL03=TVL04=2.695 N·m。

2.1.2軸承座負(fù)載損耗轉(zhuǎn)矩

軸承座不同工況下的等效軸承負(fù)載P1見表3。

表3　軸承座不同工況下的等效軸承負(fù)載P1

軸承座負(fù)載損耗轉(zhuǎn)矩為：

(2)

其中：f1為軸承損耗系數(shù)，f1=0.000 15；a和b為指數(shù)，a=1.35、b=0.3。計(jì)算得到不同工況下的軸承座負(fù)載損耗轉(zhuǎn)矩，見表4。

表4　不同工況下的軸承座負(fù)載損耗轉(zhuǎn)矩TVLP　Nm

2.1.3總損耗轉(zhuǎn)矩和功率損耗

總損耗轉(zhuǎn)矩為：

TVL=TVL0+TVLP.

(3)

功率損耗為：

(4)

各工況下軸承座功率損耗PVL計(jì)算結(jié)果見表5。

表5　軸承座功率損耗PVL

2.2　聯(lián)軸器功率損耗

試車臺(tái)輸入聯(lián)軸器為鼓形齒聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率ηC的參考值為0.99，考慮到聯(lián)軸器使用時(shí)的油潤(rùn)滑情況，在本次計(jì)算時(shí)取聯(lián)軸器傳動(dòng)效率ηC=0.995。

傳遞功率按額定功率P=230 kW進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到的聯(lián)軸器傳遞功率損耗見表6。

試車臺(tái)上軸承座及聯(lián)軸器總的功率損耗為：

PL=PC+ PVL.　(5)

3　齒輪箱傳動(dòng)效率

該試驗(yàn)臺(tái)上兩個(gè)扭矩傳感儀之間有兩臺(tái)齒輪箱，單臺(tái)齒輪箱傳動(dòng)效率為：

(6)

其中：Pout為根據(jù)扭矩傳感儀2測(cè)得數(shù)據(jù)所計(jì)算出的各工況下達(dá)到熱平衡時(shí)輸出功率平均值；Pin為根據(jù)扭矩傳感儀1測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算出的各工況下達(dá)到熱平衡時(shí)輸入端功率平均值。

計(jì)算得出的主試齒輪箱正、反轉(zhuǎn)時(shí)的傳動(dòng)效率見表7。

表7　主試齒輪箱正、反轉(zhuǎn)時(shí)的傳動(dòng)效率

4　結(jié)語

本文根據(jù)某地鐵牽引齒輪箱負(fù)載效率試驗(yàn)情況，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)工裝功率損失進(jìn)行計(jì)算，從而得出該齒輪箱的實(shí)際傳動(dòng)效率。利用這種試驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合的方式，能在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下避免工裝功率損失對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，從而得到更為準(zhǔn)確、可靠的結(jié)果，對(duì)同類齒輪箱試驗(yàn)及結(jié)果分析具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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