緊湊自潤滑智能車軸齒輪箱箱體及走行系統(tǒng)的研究

楊俊杰 胡高華

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

1 研究背景

車軸齒輪箱用來傳遞動(dòng)力源輸入的動(dòng)力和轉(zhuǎn)速，從而驅(qū)動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，是整車走行傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，箱體又是車軸齒輪箱的重要部件，它的優(yōu)劣直接決定車軸齒輪箱的使用壽命和工作效果。隨著我國鐵路裝備領(lǐng)域海外市場的快速發(fā)展，應(yīng)用于出口鐵路養(yǎng)路機(jī)械車輛的齒輪箱，尤其是帶換擋機(jī)構(gòu)的車軸齒輪箱，除了要滿足低速作業(yè)、高速聯(lián)掛的換擋切換要求，還需要滿足換擋順暢、潤滑良好、高可靠穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)緊湊的要求?，F(xiàn)有大機(jī)領(lǐng)域的帶換擋機(jī)構(gòu)車軸齒輪箱，換擋不穩(wěn)定，潤滑系統(tǒng)過于復(fù)雜(制造、組裝難度大)而且潤滑效果一般，不能滿足低速作業(yè)時(shí)的軸承潤滑要求，例如：已有的高速車軸齒輪箱箱體[1]，存在以下不足：(1)安裝板和2個(gè)吊耳占據(jù)較多的空間，不夠緊湊，且吊耳鑄在箱體頂部，吊掛強(qiáng)度不足，連接不夠穩(wěn)定；(2)箱體內(nèi)部沒有回油和集油結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)退僮鳂I(yè)運(yùn)行時(shí)，齒輪若不能有效攪起油液，無法滿足軸承的潤滑要求；(3)該齒輪箱的換擋桿支撐[2]在安裝板上，另一端沒有支撐孔，導(dǎo)致?lián)Q擋剛性小，穩(wěn)定性差；(4)該齒輪箱箱體和大機(jī)配碴車、搗固車車軸齒輪箱的箱體一樣，均沒有觀察窗和實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承[3]、油液溫度[4]的結(jié)構(gòu)，既不便于維護(hù)保養(yǎng)，也存在安全隱患。

綜上，有必要研究、提供一種緊湊型自潤滑智能車軸齒輪箱箱體，能夠有效解決現(xiàn)有問題。同時(shí)提供一種走行傳動(dòng)系統(tǒng)，包括上述緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體，具有該緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體的全部特性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 箱體外部結(jié)構(gòu)特征

該緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體如圖1、圖2所示。包括：第一箱體、第二箱體、氣缸支座、吊掛支座、第一半軸承座和第二半軸承座；第一箱體與第二箱體可拆卸連接，第一箱體與第二箱體均設(shè)有第一半軸承座以及所述第二半軸承座，第一箱體與第二箱體連接時(shí)，位于第一箱體的第一半軸承座與位于第二箱體的第一半軸承座共同形成第一軸承座，位于第一箱體的第二半軸承座與位于第二箱體的所述第二半軸承座共同形成第二軸承座。

圖1 緊湊自潤滑箱體前視圖

圖2 緊湊自潤滑箱體后視圖

氣缸支座設(shè)置于第一箱體且位于第二半軸承座的上端，吊掛支座與第一箱體為一體結(jié)構(gòu)且位于第一半軸承座附近，如圖3所示；第一箱體的內(nèi)壁對(duì)稱地設(shè)有第一集油槽，同時(shí)，對(duì)稱地設(shè)置有第二集油槽，第一集油槽位于第一半軸承座上方，第二集油槽位于第二半軸承座上方且靠近氣缸支座的內(nèi)壁側(cè)面，第一集油槽的底部具有第一回油孔，第二集油槽的底部具有第二回油孔，如圖4所示。第二箱體的內(nèi)壁對(duì)稱地設(shè)有第一油池同時(shí)對(duì)稱地設(shè)有第二油池，第一油池位于第一半軸承座的下方，第二油池位于第二半軸承座的下方。

圖3 緊湊自潤滑箱體俯視圖

圖4 緊湊自潤滑箱體底部視圖

第一箱體具有第一換擋桿支撐孔且位于第二半軸承座的正上方，氣缸支座具有第二換擋桿支撐孔，如圖5所示。第一換擋桿支撐孔與第二換擋桿支撐孔同軸設(shè)置。第二箱體還設(shè)有第一油腔、第二油腔和油樣傳感器接口，第一箱體還設(shè)有軸承溫度傳感器接口、用于觀察第一油腔的第一油腔觀察窗以及用于觀察第二油腔的第二油腔觀察窗，如圖6所示。

圖5 箱體左視圖

圖6 箱體右視圖

2.2 箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

如圖7所示，第二箱體設(shè)有第一內(nèi)壁、第二內(nèi)壁和中間壁，其中，第一內(nèi)壁和第二內(nèi)壁共線，中間壁位于第一內(nèi)壁和第二內(nèi)壁的交界處，且垂直于第一內(nèi)壁和第二內(nèi)壁，第一內(nèi)壁和中間壁的高度一致，第二內(nèi)壁高于第一內(nèi)壁和中間壁，第二內(nèi)壁上開有中間軸承座孔，中間壁與第二內(nèi)壁圍成的空間為第二油腔，其余內(nèi)腔空間為第一油腔，第一內(nèi)壁將第一油腔隔分為第一主油腔和第二主油腔，第一內(nèi)壁開有底孔，將第一主油腔和第二主油腔連通，從而使得第一主油腔和第二主油腔的油位高度一致。

圖7 第二箱體分型面剖視圖

第一油腔觀察窗位于第一內(nèi)壁的正上方，第二油腔觀察窗位于第二油腔的正上方。第一換擋桿支撐孔與第二換擋桿支撐孔均包括臺(tái)階式結(jié)構(gòu)。

軸承溫度傳感器接口分為1個(gè)第一軸承溫度傳感器接口和2個(gè)第二軸承溫度傳感器接口。第一軸承溫度傳感器接口位于第一半軸承座上方且用于監(jiān)測第一軸承座所要承載的軸承，2個(gè)第二軸承溫度傳感器接口分別位于第二半軸承座的上方且位于第一箱體的兩側(cè)，用于監(jiān)測所述第二軸承座所要承載的軸承。

第二箱體還包括方形油窗和圓形油窗，油樣傳感器接口靠近第二箱體的最底部，方形油窗位于油樣傳感器附近且位于油樣傳感器斜上方，方形油窗用于觀察第一油腔的油位，圓形油窗位于第二油腔的側(cè)面且用于觀察第二油腔的油位。

第二箱體的側(cè)面設(shè)有雙側(cè)加強(qiáng)筋，第二箱體的底部設(shè)有底部加強(qiáng)筋。第一箱體的一側(cè)側(cè)面設(shè)有單側(cè)加強(qiáng)筋。

緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體還包括側(cè)梁，側(cè)梁均布于第二箱體的靠近第一箱體上的第一半軸承座的一側(cè)。

本文提供了一種走行傳動(dòng)系統(tǒng)，包括上述任一項(xiàng)所述的緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體。

3 實(shí)施效果

(1)緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體能有效解決現(xiàn)有技術(shù)問題，換擋更穩(wěn)定，潤滑結(jié)構(gòu)簡單而有效。

(2)吊掛支座與箱體鑄為一體，節(jié)省空間，增加吊掛裝置的強(qiáng)度，氣缸支座也與上箱體鑄為一體，占據(jù)空間較小，整個(gè)箱體結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)在箱體的側(cè)面設(shè)計(jì)有若干條側(cè)梁，通過側(cè)梁的螺紋孔和吊掛支座的銷軸孔一起將齒輪箱固定連接在構(gòu)架上，提高箱體的穩(wěn)定可靠性。

(3)箱體內(nèi)部設(shè)有集油槽、回油孔和油池結(jié)構(gòu)，構(gòu)成自潤滑系統(tǒng)。高速時(shí)，齒輪攪起的油液飛濺到箱體內(nèi)壁上，被集油槽收集，并通過回油孔流向各軸承內(nèi)，軸承座孔底部的油池能夠儲(chǔ)存一部分油，可以用來滿足低速作業(yè)時(shí)軸承的潤滑需要。因此，該箱體具有良好的自潤滑效果。

(4)通過換擋桿支撐孔一和氣缸支座上的換擋桿支撐孔二，將換擋桿支撐在這2個(gè)孔上，換擋桿被雙點(diǎn)支撐，提高了換擋桿剛度，并且這2個(gè)孔均為臺(tái)階式結(jié)構(gòu)的孔，增加軸向定位的精度，因此換擋過程更加順暢、平穩(wěn)可靠，增加了換擋系統(tǒng)的使用壽命。

(5)在上箱體的大端(輸出端)和小端(輸入端)設(shè)計(jì)有軸承溫度傳感器接口，在下箱體上設(shè)有油樣傳感器接口，通過在對(duì)應(yīng)位置安裝傳感器，可以實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控軸承溫度變化情況，以及監(jiān)控油液的溫度和黏度變化情況，提高齒輪箱的智能化特性，從而提高齒輪箱運(yùn)行過程的安全可靠性。

(6)在上箱體設(shè)有主油腔觀察窗、副油腔觀察窗以及加油孔、排氣孔，在下箱體上開有主油腔放油孔、副油腔放油孔以及方形油窗(觀察主油腔油位)、圓形油窗(觀察副油腔油位)。通過主、副油腔觀察窗可以查看箱體內(nèi)部齒輪和換擋機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況，易于齒輪箱的維護(hù)保養(yǎng)，主油腔的油液可以通過加油孔或者主油腔觀察窗加入，副油腔的油液可以從副油腔觀察窗加入，需要放油時(shí)，分別從主、副油腔放油孔放油。另外，通過方形油窗和圓形油窗觀察油位，確保加油量在規(guī)定范圍內(nèi)。因此，該箱體具有加油、放油方便且維護(hù)保養(yǎng)方便的特點(diǎn)。

(7)箱體上設(shè)有單側(cè)加強(qiáng)筋、雙側(cè)加強(qiáng)筋、底部加強(qiáng)筋以及側(cè)梁結(jié)構(gòu)，增加箱體強(qiáng)度的同時(shí)，也使箱體具有更大的表面散熱面積，提高箱體的散熱性能。

(8)走行系統(tǒng)換擋靈活順暢，無卡滯，無外部潤滑油管，便于維護(hù)保養(yǎng)。

4 總結(jié)

本文所述的緊湊型自潤滑車軸齒輪箱箱體和走行系統(tǒng)產(chǎn)品已裝車考核應(yīng)用超過2年(見圖8)，運(yùn)行效果達(dá)到預(yù)期，減少使用維護(hù)頻次和強(qiáng)度，密封和潤滑性能未出現(xiàn)任何異常，能實(shí)時(shí)監(jiān)控齒輪箱軸承和油液狀態(tài)，具有良好的安全可靠性。對(duì)于類似走行系統(tǒng)的研制和應(yīng)用具有較好的參考和借鑒意義。

圖8 自潤滑車軸齒輪箱和走行系統(tǒng)的應(yīng)用