試論高速動(dòng)車組齒輪箱漏油的分析及改進(jìn)

魏文明

摘 要： 高速動(dòng)車組是我國(guó)運(yùn)營(yíng)線路上上線時(shí)間較長(zhǎng)、售后問(wèn)題較少、車輛運(yùn)行較為穩(wěn)定的車型。本文著重討論高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架齒輪箱在運(yùn)營(yíng)線路上出現(xiàn)的漏油問(wèn)題，對(duì)于齒輪箱來(lái)說(shuō)密封系統(tǒng)是其重要的結(jié)構(gòu)組成部分，對(duì)于齒輪箱滲油問(wèn)題的原因大多數(shù)是由于密封系統(tǒng)失效導(dǎo)致，通過(guò)本次對(duì)該車型齒輪箱滲油問(wèn)題的調(diào)查分析，找出滲油原因，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，加改了齒輪箱密封結(jié)構(gòu)，杜絕后續(xù)該出現(xiàn)該類原因?qū)е碌凝X輪箱滲油問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 高速動(dòng)車組; 齒輪箱; 密封結(jié)構(gòu); 滲油;分析改進(jìn)

1.齒輪箱滲油的問(wèn)題介紹

齒輪箱是高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是可以影響轉(zhuǎn)向架性能的重要方面。新結(jié)構(gòu)的齒輪箱在設(shè)計(jì)成型后先要進(jìn)行空載跑合試驗(yàn)與型式試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，兩項(xiàng)試驗(yàn)可以驗(yàn)證新結(jié)構(gòu)齒輪箱的性能。在高速動(dòng)車組的項(xiàng)目中，對(duì)齒輪箱進(jìn)行型式試驗(yàn)，在此過(guò)程中出現(xiàn)了小密封蓋處有潤(rùn)滑油滲漏現(xiàn)象。

在齒輪箱進(jìn)行加載試驗(yàn)過(guò)程中，齒輪箱正轉(zhuǎn)4小時(shí)時(shí)候。齒輪箱未發(fā)生滲油情況，在齒輪箱反轉(zhuǎn)2個(gè)小時(shí)時(shí)，開(kāi)始在小密封蓋處出現(xiàn)了滲油情況。此時(shí)齒輪箱溫度約為96℃。圖1齒輪箱小密封蓋滲油情況。

2.齒輪箱滲油的原因分析

首先將該高速動(dòng)車組的齒輪箱電機(jī)側(cè)的小齒輪的密封結(jié)構(gòu)與其他成熟項(xiàng)目成熟齒輪箱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)有相似有不同，相似為：密封結(jié)構(gòu)的是一樣的，都是采用三層迷宮密封外加一層防塵圈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu);區(qū)別為：該高速動(dòng)車組的齒輪箱傳動(dòng)比大于其他成熟項(xiàng)目，其主動(dòng)齒輪分度圓直徑與小軸承保持架直徑近似相等且回油孔所開(kāi)的位置略有不同，通過(guò)該高速動(dòng)車組齒輪箱試驗(yàn)中的滲油情況進(jìn)行分析，可能的原因大致有以下幾種：

（1）齒輪傳動(dòng)比增大導(dǎo)致主動(dòng)齒輪分度圓直徑與小軸承保持架直徑近似相等。由于采用的是斜齒傳動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)齒輪高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一定的泵吸作用將大量潤(rùn)滑油甩向一側(cè)的小軸承，反轉(zhuǎn)時(shí)，大量潤(rùn)滑油被甩向電機(jī)側(cè)小軸承的保持架，過(guò)多的潤(rùn)滑油無(wú)法及時(shí)通過(guò)回油孔回到箱體底部油池，這樣就容易通過(guò)密封進(jìn)入到防塵圈所在的腔中，部分潤(rùn)滑油越過(guò)防塵圈從小密封蓋下側(cè)滴水孔中滲出造成滲油;

（2）由于該種結(jié)構(gòu)的小密封蓋側(cè)回油孔的處于靠上的位置，該位置無(wú)內(nèi)腔壁及擋板，所以大齒輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)其有一定影響，大齒輪發(fā)生正轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流對(duì)其影響較小，在發(fā)生反轉(zhuǎn)的時(shí)候，氣流會(huì)回到回油孔處，影響回油，如果回油不暢會(huì)進(jìn)入防塵圈所在的內(nèi)腔中，最終導(dǎo)致潤(rùn)滑油從小密封蓋下側(cè)滲出。

（3）由于該結(jié)構(gòu)為三層迷宮密封外加一層防塵圈的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，3道迷宮之間的間隙均為1mm，長(zhǎng)度均為3mm，當(dāng)內(nèi)腔壓力升高后，該種密封結(jié)構(gòu)會(huì)引起較多的潤(rùn)滑油流經(jīng)迷宮密封腔中，一旦回油不暢通會(huì)立即產(chǎn)生滲油情況的出現(xiàn)。

3.齒輪箱滲油的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1對(duì)箱體鑄造泥芯進(jìn)行更改，將小密封蓋側(cè)下方的內(nèi)腔位置再往上移，使回油孔開(kāi)在內(nèi)腔壁沿內(nèi)側(cè)，同時(shí)考慮提高擋板的高度，使擋板基本覆蓋回油孔，從而降低大齒輪正反轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)回油效果的影響。通過(guò)試驗(yàn)可以得出：雖然將內(nèi)腔高度提高，延伸擋板的焊接位置，但是只能使?jié)B油的情況延遲，在3小時(shí)候從小密封蓋下方呈現(xiàn)片狀滲油，不會(huì)確保不滲油，這種改進(jìn)形式?jīng)]有完全使還回油孔與大齒輪發(fā)轉(zhuǎn)的氣流進(jìn)行隔絕，由于受到氣流干擾影響回油，導(dǎo)致密封失效。

3.2在齒輪箱電機(jī)側(cè)小齒輪的迷宮密封間隙進(jìn)行調(diào)整，改為0.5mm，在進(jìn)行齒輪箱試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：密封效果不佳，仍然出現(xiàn)了深有情況，原因是由于該種結(jié)構(gòu)的密封過(guò)于簡(jiǎn)單，即使調(diào)整了密封間隙仍然達(dá)不到良好的密封效果。

3.3三道迷宮密封結(jié)構(gòu)不變，將一層防塵圈改為油封，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證得出：該種改進(jìn)方式在前二十個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行溫升平衡試驗(yàn)時(shí)，密封效果很好，無(wú)任何滲油現(xiàn)象出現(xiàn)，二十小時(shí)后由于泵油效應(yīng)影響，在小齒輪執(zhí)行正轉(zhuǎn)時(shí)油封接觸唇的潤(rùn)滑情況不佳，出現(xiàn)嚴(yán)重了油封磨損，導(dǎo)致油封密封失效，產(chǎn)生滲油情況。

3.4下圖為傳統(tǒng)接觸式密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)為非接觸式迷宮密封結(jié)構(gòu)示意圖，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行高轉(zhuǎn)速加載試驗(yàn)、超負(fù)荷試驗(yàn)以及溫升平衡試驗(yàn)等可以得出非接觸式迷宮密封結(jié)構(gòu)的密封效果更好，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)潤(rùn)滑油滲出，同時(shí)由于非接觸式的結(jié)構(gòu)可以免去零件出現(xiàn)損耗，不但節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，降低經(jīng)濟(jì)成本同時(shí)密封效果又大于接觸式密封結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上分析可以得出，小齒輪密封的回油孔設(shè)計(jì)需要考慮齒輪嚙合造成的氣壓影響，在以后的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能避免將回油孔開(kāi)在靠近齒輪嚙合或者受大齒輪影響較多的部位。在對(duì)齒輪箱密封結(jié)構(gòu)的問(wèn)題上，需要確認(rèn)接觸式密封油封是否達(dá)到了充分潤(rùn)滑的效果，如不能，那么很大程度上會(huì)導(dǎo)致油封失去密封作用，從而潤(rùn)滑油滲出。以上為老式齒輪箱密封結(jié)構(gòu)，如果密封空間可以改為非接觸式迷宮密封的結(jié)構(gòu)，不論對(duì)經(jīng)濟(jì)成本、零部件損耗、密封性能等方面都是更好的選擇。

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