影響軌道交通齒輪箱試車效果的因素分析

岳 偉

(太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

隨著城市人口的增多，現(xiàn)代城市基礎(chǔ)建設(shè)的加快，越來越多的城市開始建設(shè)地鐵，地鐵也成為了人們?nèi)粘３鲂械男路绞?。作為一種與人們出行息息相關(guān)的交通工具，地鐵安全的重要性不言而喻，車體各部分的質(zhì)量都會影響軌道車輛的整體安全性。而軌道交通齒輪箱屬于軌道交通車輛的動力部分，其質(zhì)量對于車輛運行的安全性有著極大的影響，因此在軌道齒輪箱的制造與檢修中，質(zhì)量控制是非常重要的，除了應(yīng)加強加工和檢修過程中的質(zhì)量控制外，對于已生產(chǎn)或已檢修完成的齒輪箱，需要進行空載試車來對其質(zhì)量進行驗證。

在實際試車過程中，由于諸多因素的影響，雖然試車數(shù)據(jù)均滿足試驗要求，但其變動性比較大，使得試車結(jié)果不能準確地反映齒輪箱實際情況。

通過對整個試車系統(tǒng)進行分析，結(jié)合以往試車情況，發(fā)現(xiàn)不同型號的齒輪箱試車時，其箱體支撐高度及輸出軸軸承支撐跨度有所區(qū)別，為探究造成試車數(shù)據(jù)差異的外部因素，現(xiàn)假設(shè)齒輪箱支撐高度及車軸支撐跨度對試車結(jié)果會產(chǎn)生明顯影響，同時由于裝配的差異，輸出軸支撐工裝與輸出軸的對中性也會對試車結(jié)果產(chǎn)生影響。

本文以天津地鐵一號線齒輪箱試車為例針對以下三個因素來分析其對試車結(jié)果的影響：①輸出軸的對中性;②車軸齒輪箱被支撐高度;③輸出軸軸承支撐跨度。

1 試車方案

天津地鐵一號線的齒輪箱箱體采用整體鑄造或者焊接箱體，二級斜齒圓柱齒輪傳動，其傳動比為6.06。該齒輪箱已運行10年，達到大修年限，需對其箱體進行完全分解，并且檢查齒輪、甩油環(huán)等關(guān)鍵零部件磨損及變形情況，最后對軸承及密封件完全更換。檢修完成后，對每一臺齒輪箱均需進行空載試車，以確保裝配質(zhì)量滿足試驗要求。

齒輪箱的空載試車要求其在未加載荷的情況下按試車大綱在不同轉(zhuǎn)速下運行一定時間，并記錄每個轉(zhuǎn)速下軸承和齒輪箱的溫度、振動及運行噪聲。圖1為軌道齒輪箱專用試車臺，采用高速端驅(qū)動的方式，采用鼓形聯(lián)軸器將高速軸與電機相連接，輸出端支撐采用SKF 22226EK軸承，為減少拆裝軸承對車軸造成的損傷，需將車軸加長以便裝配軸承，高速端在齒輪箱吊桿處采用專用支撐進行支撐，根據(jù)齒輪箱實際運行時的情況，對高速端及輸出端以合適高度支撐。

圖1 軌道齒輪箱專用試車方案

2 試車過程

按照表1所示進行整個試車過程的設(shè)計，共分為4個部分：第一部分按表1各項因素良好一行所示，將對中性、支撐高度及輸出軸支撐跨度參數(shù)調(diào)到與表1一致；第二、第三、第四部分分別改變對中性、支撐高度、輸出軸支撐跨度，這樣來單獨對比各參數(shù)對于試車的影響。對于四部分的試車過程均按照圖2要求進行：1 000 r/min正轉(zhuǎn)5 min，2 000 r/min正轉(zhuǎn)30 min，3 345 r/min正轉(zhuǎn)5 min，然后以同樣的轉(zhuǎn)速及時間進行反轉(zhuǎn)，在試車過程中分別記錄各軸承溫度變化、振動及噪聲。

表1 試車影響因素設(shè)計

圖2 試車過程要求

該部分試車均采用同一臺齒輪箱，每次試車結(jié)束后要保證溫度冷卻到室溫。

3 試車結(jié)果

3.1 試車結(jié)果評價指標

對箱體裝配質(zhì)量的評價在試車過程中主要看溫度(℃)、振動(mm/s)和噪聲(dB)。

溫度主要是軸承的溫度，天津地鐵齒輪箱共有4盤軸承，其中輸入級兩盤，輸出級兩盤，在試車中應(yīng)分別記錄4盤軸承在不同轉(zhuǎn)速及運行時間所對應(yīng)的溫度，試車中軸承溫度能夠切實反映軸承游隙調(diào)整是否合適、軸承裝配是否到位；另外還應(yīng)記錄油溫，油溫的溫升能夠反映一些齒輪嚙合及其潤滑的情況，也是評價齒輪箱質(zhì)量的一個指標。

振動及噪聲也可以綜合反映齒輪裝配質(zhì)量，但振動和噪聲卻容易受其他因素干擾，因此振動和噪聲可以作為評價影響因素的重要指標。

3.2 溫度對比

圖3、圖4和圖5分別是輸入級、輸出級和油溫在4種試車工況下的數(shù)據(jù)。對比圖3、圖4可以看出：對中性差時對溫度影響很大，其余3種情況下溫度明顯偏低，且溫升平穩(wěn)，能夠客觀反映齒輪箱正常運行時的溫度變化。由圖5可以看出：依然是對中性差時的油溫明顯高于其余3種工況，可見對中性對于溫度影響比較大。

圖3輸入級溫度對比圖4輸出級溫度對比

3.3 振動對比

圖6為箱體的振動情況，分析齒輪箱在4種試車工況下的振動情況，在支撐高度較高的情況下，振動最大，對中性差和跨度大的情況次之，故支撐高度對振動影響最大，對中性及跨度對振動也有所影響，所以試車時，若無法排除這種情況，將無法判斷振動變大的原因是由軸承及齒輪的裝配這種內(nèi)因引起還是由試車臺這種外因引起。

圖5油溫對比圖6箱體振動對比

3.4 噪聲對比

圖7為噪聲在4種試車工況下的對比，可以看出，支撐高度及跨度對噪聲有明顯影響，而對中性對噪聲影響相對較小，由于外部原因引起的噪聲過大，會干擾對齒輪箱正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的聲音的判斷，因此在設(shè)計一種新型齒輪箱試車方案時，應(yīng)控制好支撐高度及跨度，盡量減小噪聲以保證試車結(jié)果對齒輪箱質(zhì)量的客觀反映。

圖7 試車噪聲對比

4 結(jié)語

綜上，影響齒輪箱試車結(jié)果的外部因素為輸出軸的對中性、車軸齒輪箱被支撐高度和輸出車軸軸承支撐跨度。其中，對中性對溫度、振動和噪聲均有所影響，對溫度影響較大；支撐高度及支撐跨度對箱體振動和噪聲有較大影響。因此對于現(xiàn)有試車臺，在針對不同型號的齒輪進行式車時應(yīng)注意選取合適的尺寸及公差，盡可能地降低整個試車臺的支撐高度，并縮短輸出軸兩端軸承支撐的跨度。設(shè)計合理的裝配工藝，保證試車工裝的裝配精度，以保證的試車結(jié)果可準確反映齒輪箱的裝配質(zhì)量。