XM-1800銑磨車車軸齒輪箱“零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)設計

張志強 朱朝江 趙 俊

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

0 引言

XM-1800銑磨車是一種鋼軌在線養(yǎng)護大型設備，主要在運行過程中對線路鋼軌進行連續(xù)銑磨，消除鋼軌的側(cè)磨、波磨、剝離、碾壓層和裂縫等缺陷，對鋼軌進行維護性輪廓修復，在處理病害較重的鋼軌方面具有優(yōu)勢，作業(yè)效率較高，作業(yè)過程環(huán)保，火花飛濺少，利于防護[1]。車軸齒輪箱是整車關(guān)鍵部件[2]，采用液壓驅(qū)動，將整車動力傳遞至輪對，驅(qū)動整車走行銑磨作業(yè)。走行傳動機構(gòu)的精準性和平穩(wěn)性決定了銑磨作業(yè)的精度和刃具的可靠性，故此車軸齒輪箱齒輪副采用“零側(cè)隙”傳動。車軸齒輪箱設計有作業(yè)擋和空擋位兩種運行工況，擋位切換由換擋機構(gòu)實現(xiàn)。

1 兩種典型換擋機構(gòu)

目前，我國廣泛使用的大型養(yǎng)路機械有：搗固車、穩(wěn)定車、打磨車、配砟車和焊軌車等機型，其車軸齒輪箱有2種典型換擋機構(gòu)[3]。

1.1 撥齒輪換擋機構(gòu)

撥齒輪換擋機構(gòu)通過撥叉撥動齒輪脫開或嚙合來實現(xiàn)擋位的切換。主要由氣缸、指示塊、撥叉拉桿、撥叉、雙聯(lián)齒輪、從動齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

1—指示塊；2—導向桿；3—氣缸；4—撥叉拉桿；5—鎖定桿；6—撥叉；7—雙聯(lián)齒輪(Z1/Z2)；8—大齒輪Z3；9—小齒輪Z4；10—馬達；11—箱體。圖1 撥齒輪換擋機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

其換擋原理為：氣缸固連指示塊，推位撥叉拉桿帶動撥叉，撥動雙聯(lián)齒輪左右移動，實現(xiàn)齒輪Z1與齒輪Z3嚙合或齒輪Z2與齒輪Z4嚙合或兩對齒輪同時脫開，實現(xiàn)擋位的切換。

1.2 撥嚙合套換擋機構(gòu)

撥嚙合套換擋機構(gòu)通過撥叉撥動嚙合套脫開或嚙合，使輸入動力斷開或連接來實現(xiàn)擋位的切換。主要由氣缸、撥叉指示塊、撥叉、撥叉拉桿、嚙合套、花鍵軸、主動齒輪、從動齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

1—導向桿；2—撥叉指示塊；3—氣缸；4—箱體；5—小齒輪Z1；6—大齒輪Z2；7—撥叉拉桿；8—撥叉；9—嚙合套；10—花鍵軸；11—馬達。圖2 撥嚙合套換擋機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

其換擋原理為：氣缸固連撥叉指示塊，推位撥叉拉桿帶動撥叉，撥動嚙合套左右移動，實現(xiàn)嚙合套與小齒輪脫開或嚙合，且嚙合套與花鍵軸常嚙合，從而實現(xiàn)花鍵軸與小齒輪脫開或連接，進而實現(xiàn)馬達輸入動力的斷開或連接，最終實現(xiàn)擋位的切換。

2 結(jié)構(gòu)特點分析

撥齒輪換擋機構(gòu)，通過直接撥動齒輪使齒輪副脫開或嚙合，實現(xiàn)擋位切換。為順利完成脫掛擋，齒輪副必須設計足夠的嚙合側(cè)隙，以保證換擋齒輪能正常退出或進入嚙合狀態(tài)，此種換擋結(jié)構(gòu)不能應用于“零側(cè)隙”齒輪傳動車軸齒輪箱。

撥嚙合套換擋機構(gòu)，傳動齒輪副為常嚙合，通過撥動嚙合套實現(xiàn)花鍵軸與主動齒輪動力的斷開或連接實現(xiàn)擋位切換。嚙合套采用花鍵結(jié)構(gòu)，為順利完成脫掛擋，花鍵副必須設計足夠的嚙合間隙，且花鍵副中內(nèi)花鍵精加工難度大，難以保證精度，致使嚙合間隙進一步加大，才能有效保證換擋過程中花鍵副正常脫開或嚙合。花鍵副間隙的存在，導致機車換向運轉(zhuǎn)時，不可避免地產(chǎn)生沖擊，不適用于“零側(cè)隙”齒輪傳動車軸齒輪箱。

3 “零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)設計

“零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)由油缸、水平推塊、連接板、轉(zhuǎn)動架、主動齒輪、從動齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

1—從動齒輪；2—連接板；3—水平推塊；4—主動齒輪；5—行程塊；6—轉(zhuǎn)動架；7—輸入軸；8—箱體；9—油缸。圖3 “零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)簡圖

其換擋原理為：油缸推動水平推塊沿箱體水平向前移動，帶動連接板推動轉(zhuǎn)動架繞輸入軸向上轉(zhuǎn)動，使主動齒輪和從動齒輪嚙合，實現(xiàn)掛擋，掛擋位置如圖3所示；油缸拉動水平推塊沿箱體水平向后移動，帶動連接板拉動轉(zhuǎn)動架繞輸入軸向下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)主動齒輪和從動齒輪脫開，完成脫擋，脫擋位置如圖4所示。

1—從動齒輪；2—連接板；3—水平推塊；4—主動齒輪；5—行程塊；6—轉(zhuǎn)動架；7—輸入軸；8—箱體；9—油缸。圖4 脫擋示意圖

分析“零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)脫、掛擋過程，可發(fā)現(xiàn)換擋齒輪副的嚙合或脫開過程均是沿圓周逐漸進入或退出嚙合的，對齒輪副的側(cè)隙無預留間隙要求，故只要齒輪副合理設計初始理論側(cè)隙，就可實現(xiàn)“零側(cè)隙”齒輪傳動。

4 “零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)的應用

目前，該“零側(cè)隙”齒輪傳動換擋機構(gòu)已運用在XM-1800銑磨車車軸齒輪箱產(chǎn)品上(見圖5)，實現(xiàn)車軸齒輪箱作業(yè)走行和聯(lián)掛運行擋位切換。

圖5 XM-1800銑磨車實物圖

應用近5年來，保障了銑磨作業(yè)精度和銑削刃具的可靠性，客戶反饋良好。