動(dòng)車組齒輪箱故障分析

孫川 謝仝浩 郭銳

摘 要 齒輪箱是動(dòng)車組列車極為重要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成部件，長(zhǎng)期處于高速、重載的工作條件。尤其是隨著近些年動(dòng)車組列車運(yùn)行速度等級(jí)的提升以及車輛輕量化的研究使齒輪箱的工作環(huán)境變得更加惡劣。對(duì)齒輪箱結(jié)構(gòu)分析，找出齒輪箱各組件常見故障是優(yōu)化齒輪箱結(jié)構(gòu)提高齒輪箱整體壽命的最佳方式，本文根據(jù)齒輪箱各組件情況分析各組件的常見故障。

關(guān)鍵詞 動(dòng)車組;齒輪箱;故障分析

1研究背景

齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域常見的傳動(dòng)零部件，憑借其齒輪優(yōu)良的力學(xué)性能被廣泛應(yīng)用在各類機(jī)械設(shè)備中，動(dòng)車組列車也不例外。隨著近些年高速動(dòng)車組行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是復(fù)習(xí)號(hào)的上線運(yùn)行，將我國(guó)的高速動(dòng)車時(shí)速穩(wěn)定到了300km/h以上，但這也給齒輪箱工作帶來了空前的壓力。與此同時(shí)，車輛的輕量化設(shè)計(jì)也迫使齒輪箱的整體設(shè)計(jì)開啟了輕量化之路，這也無疑給齒輪箱運(yùn)行安全提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文通過對(duì)上線運(yùn)行的齒輪箱運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行整合，討論文獻(xiàn)齒輪箱各組件常見故障，為齒輪箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考[1]。

2齒輪箱結(jié)構(gòu)

齒輪箱作為動(dòng)車組列車傳動(dòng)系統(tǒng)中最為重要的組成部分，安裝于車輛轉(zhuǎn)向架上，一端與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架彈性懸掛，一端與轉(zhuǎn)向架車軸連接，如圖1所示。齒輪箱由箱體、齒輪、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承等基本部件組成。箱體由上、下箱體組成，齒輪箱的底部設(shè)計(jì)了注油磁性螺塞和放油磁性螺塞，吸附雜質(zhì)。齒輪箱通過兩個(gè)安裝在車軸兩端上的圓錐滾子軸承支撐，主動(dòng)齒輪通過兩端的兩個(gè)圓柱滾子軸承以及一個(gè)四點(diǎn)角接觸軸承一起支撐，齒輪、軸承潤(rùn)滑采用飛濺潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑[2]。

3齒輪箱故障分析

3.1 齒輪故障分析

齒輪是齒輪箱中傳動(dòng)的重要部件，齒輪嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)也是齒輪箱的最主要的振動(dòng)來源。當(dāng)運(yùn)行過程中，由于初始設(shè)計(jì)制造誤差、長(zhǎng)期磨損或者材質(zhì)缺陷等問題導(dǎo)致的嚙合情況偏離設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致振動(dòng)加劇或者齒輪損傷都會(huì)帶來重大的安全隱患。近些年車輛廠對(duì)于動(dòng)車組列車齒輪箱的質(zhì)量管控加強(qiáng)，本文討論忽略由于設(shè)計(jì)或者安裝導(dǎo)致的出廠問題，僅討論運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象。齒輪在運(yùn)行過程中最常見的是齒面的均勻磨損，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，齒輪嚙合必然會(huì)導(dǎo)致材料的均勻磨損現(xiàn)象，這是正常的現(xiàn)象，但是應(yīng)在檢修過程中著重觀察齒輪箱是否出現(xiàn)特殊磨損或腐蝕情況。齒輪重大故障是斷齒情況的發(fā)生，出現(xiàn)的原因主要是疲勞或者過載，在車輛正常使用情況下，齒輪箱不會(huì)出現(xiàn)過載或者疲勞的問題發(fā)生，提醒業(yè)主按照要求正常使用車輛就會(huì)避免齒輪的斷齒問題。

3.2 箱體故障

齒輪箱箱體常見的材質(zhì)有鑄鐵及鋁合金兩種，箱體起到保護(hù)傳動(dòng)齒輪及支撐軸承等作用。由于車輛輕量化的要求，近些年研發(fā)的齒輪箱箱體都重量偏輕，這對(duì)箱體的強(qiáng)度提出了更高的要求。箱體產(chǎn)生的故障主要有兩個(gè)，其一為密封性不良;其二為箱體破裂。齒輪箱內(nèi)部有飛濺潤(rùn)滑的大量潤(rùn)滑油，箱體的密封保證了箱體內(nèi)部的潤(rùn)滑油的潔凈，但在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)箱體密封不良的情況，此時(shí)需要更換潤(rùn)滑油，重新密封齒輪箱。相比較密封性不良，箱體破裂是十分嚴(yán)重的故障，箱體破裂的主要原因是運(yùn)行線路條件惡劣，出現(xiàn)硬物擊打?qū)е隆Ｌ岣呦潴w設(shè)計(jì)強(qiáng)度，增加防護(hù)措施以及優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境是避免箱體破裂故障的重要方法。

3.3 滾動(dòng)軸承故障

滾動(dòng)軸承是傳動(dòng)過程中極為重要的部件，典型故障主要在于內(nèi)環(huán)、外環(huán)、保持架的疲勞剝落和點(diǎn)蝕。滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊。在檢修過程中，滾動(dòng)軸承的檢修需要重點(diǎn)關(guān)注，典型缺陷描述、可修復(fù)性及判斷方法如圖2所示[3]。

4結(jié)束語

齒輪箱是動(dòng)車組列車極為重要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成部件，長(zhǎng)期處于高速、重載的工作條件。本文針對(duì)齒輪箱結(jié)構(gòu)分析，討論分析了齒輪箱齒輪、箱體以及滾動(dòng)軸承常見的故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁康，李巍華，朱小勇.齒輪及齒輪箱故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：73.

[2] 鄒俊偉.齒輪箱裝配工藝分析[J].機(jī)械工程師，2014，（12）：77.

[3] 孫濤，高小平，劉建昆.時(shí)速350km中國(guó)標(biāo)磚動(dòng)車組驅(qū)動(dòng)齒輪箱的研制[J].新技術(shù)新工藝，2017，（7）：27-29.