夏春華 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

P95大修列車龍門架齒輪箱走行裝置的國產(chǎn)化研制

夏春華 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

對P95大修列車龍門架齒輪箱走行裝置進(jìn)行國產(chǎn)化研制。介紹了其設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、關(guān)鍵零部件的設(shè)計計算及臺架試驗(yàn)等。經(jīng)過裝車使用，運(yùn)行良好，對同類產(chǎn)品的國產(chǎn)化研制具有指導(dǎo)意義。

大修列車；齒輪箱走行裝置；國產(chǎn)化

P95大修列車是一種集換枕、換軌功能于一體的大型養(yǎng)路機(jī)械，具有安全效率高、施工質(zhì)量好等特點(diǎn)，代表了世界先進(jìn)水平。上海鐵路局于2002年從瑞士MATISA公司引進(jìn)P95大修列車，使用至今已有10余年，共完成局內(nèi)外換軌換枕共600km左右的施工任務(wù)，由于長期滿負(fù)載作業(yè)，車上工作機(jī)構(gòu)均有相當(dāng)程度損傷，尤其是大修列車核心工作裝置--龍門架齒輪箱走行裝置，由于其各運(yùn)動部件的磨損超限和軸斷面密封老化，故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和作業(yè)安全，如何針對龍門架齒輪箱走行裝置的國產(chǎn)化開發(fā)，是解決問題的關(guān)鍵。

龍門架齒輪箱走行裝置是大修列車的重要工作裝置之一（詳見圖1），全車共四套，其作用是運(yùn)送軌枕，每次運(yùn)送軌枕達(dá)10噸以上，且工作速度和頻率都很高，具有高負(fù)載、高速度、高頻率的作業(yè)特征。其中齒輪箱走行裝置作為龍門架系統(tǒng)的驅(qū)動走行部，為龍門架走行提供動力，是整個龍門架系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件，其性能直接影響整個龍門架系統(tǒng)作業(yè)的可靠性及安全性，若發(fā)生故障，無法完成施工任務(wù)，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致事故。

圖1 龍門架照片

目前該型大修列車在國內(nèi)僅有兩臺，分別服役于上海鐵路局和廣州鐵路局。兩臺車從投入使用至今均已10余年，齒輪箱走行裝置損傷較為嚴(yán)重，由于該走行齒輪箱進(jìn)口價格昂貴（現(xiàn)單價在70萬元左右），為了提高整機(jī)性價比，降低成本，且不影響整車的正常使用，進(jìn)行龍門架齒輪箱走行裝置的國產(chǎn)化研制是非常必要的。

1 主要技術(shù)特性及參數(shù)

由于缺少原設(shè)計技術(shù)資料，這次國產(chǎn)化開發(fā)，通過對齒輪箱走行裝置解體，掌握齒輪箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裝配特性，利用德國進(jìn)口的三坐標(biāo)檢測機(jī)對各部件進(jìn)行精密測量，為設(shè)計提供可靠的參照數(shù)據(jù)。

1.1 確定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

齒輪箱走行裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動，可雙向運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)主要包括箱體、傳動錐齒輪副、直齒輪副、走行輪、液壓馬達(dá)、制動裝置等（詳見圖2）。其中錐齒輪副采用閉式傳動，浸油潤滑；直齒輪副采用開式傳動脂潤滑。馬達(dá)動力通過錐齒輪副傳遞給直齒輪副，走行輪通過螺栓與直齒輪連接為一體，實(shí)現(xiàn)齒輪箱裝置的走行功能。

圖2 齒輪箱走行裝置結(jié)構(gòu)

1.2 確定主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)大修列車施工作業(yè)要求，龍門架齒輪箱走行裝置在維修后應(yīng)滿足以下技術(shù)指標(biāo)：

（1）速比為9.56；

（2）最高工作運(yùn)行速度20km/h；

（3）輸入功率20kW；

（4）主動端輸入最高轉(zhuǎn)速不超過3020r/min；

（5）適用于雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 確定關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

大修列車龍門架齒輪箱走行裝置可靠性要求高，空間結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)大修列車龍門架的實(shí)際使用情況及作業(yè)要求，齒輪箱走行裝置采用“閉式+開式”的傳動方案，并采用了錐齒輪+直齒輪的傳動設(shè)計，節(jié)約了空間。箱體采用焊接結(jié)構(gòu)，焊接及加工工藝復(fù)雜。另外，齒輪箱走行裝置的密封、潤滑、組裝等環(huán)節(jié)也是需要研究的關(guān)鍵技術(shù)。

2 齒輪箱走行裝置的設(shè)計

2.1 齒輪設(shè)計及計算

2.1.1 齒輪材料、工藝選擇

走行齒輪不僅要轉(zhuǎn)遞扭矩，還要受到來自軌道的沖擊，特別是運(yùn)軌枕作業(yè)中頻繁啟動、制動及過軌橋接頭跳動的不良工況，齒輪所受的沖擊更大，因此齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力均較大。根據(jù)大型養(yǎng)路機(jī)械走行裝置的特點(diǎn)，結(jié)合對進(jìn)口齒輪的分析結(jié)果，齒輪均設(shè)計為硬齒面齒輪，材料選用強(qiáng)韌性高的合金滲碳鋼18CrNiMo7-6。采用軌道交通普遍采用的滲碳淬火工藝，嚴(yán)格控制碳化物，殘奧含量及分布，同時對硬化層過渡層深度進(jìn)行適當(dāng)匹配。最后采用硬齒面精加工工藝，提高嚙合質(zhì)量，降低噪聲，且可以做到互換。[1]

2.1.2 齒輪基本參數(shù)的選擇

根據(jù)齒輪箱的技術(shù)參數(shù)及設(shè)計要求，齒輪基本參數(shù)設(shè)計如表1所示。

表1 齒輪基本參數(shù)[2]

2.1.3 齒輪強(qiáng)度的校核

對齒輪進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度、輪齒彎曲強(qiáng)度校核計算(（見表2），由計算結(jié)果可知，均滿足設(shè)計要求。

表2 齒輪校核結(jié)果

2.2 箱體的設(shè)計

箱體結(jié)構(gòu)緊湊，采用鋼板Q345B拼焊而成，焊接后采用加工中心加工，保證各軸承孔的尺寸及形位公差。箱體由開式傳動腔、閉式傳動腔組成，在兩側(cè)板上設(shè)有制動系統(tǒng)安裝座，頂部設(shè)計有導(dǎo)體柱安裝座，底部焊有防側(cè)翻L板(見圖3)。

2.3 密封、潤滑設(shè)計

齒輪箱走行裝置閉式傳動腔采用浸油潤滑，有效減小錐齒輪副的磨損，提高其傳動效率，延長錐齒輪使用壽命。閉式傳動腔各旋轉(zhuǎn)密封處均采用骨架油封密封形式，其它非旋轉(zhuǎn)密封處采用端面貼靠密封，組裝時結(jié)合面涂覆密封膠。開式傳動腔由于轉(zhuǎn)速較低，采用脂潤滑，通過黃油嘴定期添加潤滑脂，具有較好的經(jīng)濟(jì)型。

圖3 箱體結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)國產(chǎn)化研制的效果，對國產(chǎn)化的齒輪箱走行裝置進(jìn)行臺架試驗(yàn)（圖4），并與進(jìn)口原齒輪箱進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果表明：齒輪箱密封性能可靠，噪音值低；箱體熱平衡后最高溫升僅20℃，箱體散熱性能良好。國產(chǎn)化的齒輪箱與進(jìn)口原齒輪箱性能相當(dāng)。

圖4 臺架試驗(yàn)

4 結(jié)束語

國產(chǎn)化開發(fā)的齒輪箱走行裝置已在上海大機(jī)運(yùn)用檢修段大修列車上裝機(jī)使用，經(jīng)一年多滿負(fù)載考核，共完成運(yùn)枕54155根，其性能穩(wěn)定可靠，目前技術(shù)狀態(tài)良好，證明這次國產(chǎn)化的研制非常成功。齒輪箱走行裝置的研制成功，不僅大大節(jié)約了檢修費(fèi)用（僅為進(jìn)口件費(fèi)用的六分之一），更為重要的是為我們對同類型產(chǎn)品的自主開發(fā)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]胡高華,陳亞東,張志強(qiáng).160km/h快速軌道車走行齒輪箱的研制[J].機(jī)車車輛工藝，2012(03):28-29

[2]齒輪手冊編委會.齒輪手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000

責(zé)任編輯：王華徐偉民來稿日期：2014-11-13