軌道交通車(chē)輛齒輪箱油位計(jì)的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

吳成攀 曾一鳴 栗 華 王友多

(1.中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所 北京 100081)

0 概述

齒輪箱作為軌道車(chē)輛轉(zhuǎn)向架傳動(dòng)系統(tǒng)的主要零部件，潤(rùn)滑油保障其安全平穩(wěn)運(yùn)行[1]。油位計(jì)作為最直接監(jiān)測(cè)油品狀態(tài)的零件，其使用效果、壽命、更換便捷性顯得尤為重要。目前軌道車(chē)輛齒輪箱上常用觀察窗型和螺旋塞入型兩種類(lèi)型油位計(jì)。觀察窗型油位計(jì)安裝、維護(hù)較為繁瑣，對(duì)使用環(huán)境要求較高；傳統(tǒng)螺旋塞入型油位計(jì)由于其結(jié)構(gòu)原因，拆解困難，重復(fù)利用率低。

下文針對(duì)傳統(tǒng)螺旋塞入型油位計(jì)，研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)合內(nèi)部零件組裝過(guò)程和線上運(yùn)用情況，優(yōu)化改良設(shè)計(jì)出新結(jié)構(gòu)油位計(jì)，使其便于組裝拆解，提高重復(fù)利用率，降低使用維護(hù)成本。

1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)用情況

傳統(tǒng)螺旋塞入型油位計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括黃銅架、不銹鋼反光片、黃銅隔環(huán)、O形圈、防護(hù)柵欄和玻璃片等零件。

黃銅隔環(huán)通過(guò)螺紋連接黃銅架并固定于黃銅架內(nèi)部，多級(jí)黃銅隔環(huán)與O形圈配合使用，用以隔開(kāi)兩級(jí)玻璃片，起到定位作用。第一級(jí)黃銅隔環(huán)位置由放置于黃銅架底部的不銹鋼反光片厚度確定，黃銅隔環(huán)通過(guò)黃銅架內(nèi)部螺紋旋入黃銅架底部，直至壓緊不銹鋼反光片；依次組裝第一級(jí)O形圈、帶紅色標(biāo)記的玻璃片、第二級(jí)O形圈，再旋入第二級(jí)黃銅隔環(huán)來(lái)確保O形圈的壓縮量，保證油位計(jì)的密封性；然后組裝不帶紅色標(biāo)記的玻璃片與第三級(jí)O形圈，并旋入第三級(jí)黃銅隔環(huán)壓縮O形圈起到多級(jí)密封的作用。

1—黃銅架；2—黃銅隔環(huán)；3—防護(hù)柵欄；4—玻璃片；5—O形圈；6—反光片。圖1 傳統(tǒng)螺旋塞入型外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)螺旋塞入型油位計(jì)在組裝的過(guò)程中，由于其內(nèi)部零件在結(jié)構(gòu)、尺寸上的相似性，容易出現(xiàn)混亂導(dǎo)致安裝錯(cuò)誤。利用黃銅隔環(huán)與黃銅架之間的螺紋配合對(duì)黃銅架內(nèi)部各零件進(jìn)行定位，由于黃銅隔環(huán)旋入深度無(wú)法精確定位，O形圈的壓縮量也無(wú)法確定，內(nèi)部零件受力大小無(wú)法量化，容易造成零件的損壞，從而導(dǎo)致在產(chǎn)品實(shí)際使用的過(guò)程中，出現(xiàn)滲油情況，造成視窗渾濁，無(wú)法確定齒輪箱內(nèi)部油量，影響車(chē)輛正常運(yùn)行。同時(shí)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)玻璃片材質(zhì)為有機(jī)玻璃，不可使用有機(jī)溶劑對(duì)其清洗，而軌道車(chē)輛入庫(kù)檢修時(shí)，需對(duì)轉(zhuǎn)向架底部進(jìn)行清洗，清洗液成分復(fù)雜，會(huì)對(duì)油位計(jì)玻璃片造成影響。

2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化

針對(duì)上述傳統(tǒng)螺旋塞入型油位計(jì)存在的問(wèn)題，需對(duì)油位計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)型油位計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[2]。

在黃銅架內(nèi)部設(shè)置多級(jí)密封用階梯形凹槽，改進(jìn)型油位計(jì)觀察側(cè)依次組裝O形圈、透光玻璃片、彈性擋圈。透光玻璃片壓縮O形圈，使其發(fā)生形變起到密封作用；透光玻璃片材質(zhì)由原PC耐壓板或者有機(jī)玻璃板更換為鋼化玻璃，清晰度更高，檢修時(shí)不受清理液成分限制，線上運(yùn)用效果更好；彈性擋圈依靠黃銅架上相關(guān)凹槽定位，不會(huì)對(duì)透光玻璃片造成擠壓破壞。改進(jìn)型油位計(jì)螺紋側(cè)依次組裝O形圈、帶紅色標(biāo)記的鋼化玻璃片、橡膠隔環(huán)、白色反光片、黃銅隔環(huán)、彈性擋圈。O形圈受到鋼化玻璃片的擠壓變形用于密封；橡膠隔環(huán)可承受軸向壓力，發(fā)生彈性形變且不會(huì)擠壓鋼化玻璃片構(gòu)成破壞；組裝白色反光片之后旋入黃銅隔環(huán)，黃銅隔環(huán)與黃銅架通過(guò)內(nèi)螺紋連接，軸向固定并壓緊反光片，反光片通過(guò)橡膠隔環(huán)壓緊鋼化玻璃片，保證密封可靠性；最后黃銅架螺紋外側(cè)凹槽處組裝彈性擋圈，防止黃銅隔環(huán)因振動(dòng)脫出，起到螺紋連接防松作用。

1—黃銅架；2—O形圈；3—橡膠隔環(huán)；4—黃銅隔環(huán)；5—反光片；6—彈性擋圈；7—玻璃片。圖2 改進(jìn)螺旋塞入型外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

改進(jìn)螺旋塞入型油位計(jì)內(nèi)部零件組裝時(shí)須按照特定的順序和位置安放于各自內(nèi)腔凹槽處，不會(huì)造成混亂；螺紋配合較之原結(jié)構(gòu)少，黃銅隔環(huán)旋入至可組裝彈性擋圈位置即可，且橡膠隔環(huán)可產(chǎn)生彈性變形，將減弱因黃銅隔環(huán)旋入而傳遞到鋼化玻璃片上的軸向力，零件不易損壞；使用兩片鋼化玻璃，且各自密封，形成相互獨(dú)立的密封腔，即使觀察側(cè)鋼化玻璃需要更換，也可在不拆卸油位計(jì)的情況下，僅拆卸彈性擋圈進(jìn)行作業(yè)；同時(shí)，也不會(huì)由于觀察側(cè)玻璃破碎使碎屑進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部，同時(shí)鋼化玻璃易于清洗，使用效果更佳。

3 現(xiàn)場(chǎng)使用情況反饋

改進(jìn)型油位計(jì)加工、組裝完成后，進(jìn)行水壓試驗(yàn)以驗(yàn)證改進(jìn)產(chǎn)品的密封性[3]。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后，安裝到齒輪箱上使用。

改進(jìn)前后螺旋塞入型油位計(jì)線上運(yùn)用效果如圖3所示，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：改進(jìn)前油位計(jì)視窗模糊，看不清帶有紅色標(biāo)記的玻璃片，無(wú)法獲得油位；改進(jìn)后油位計(jì)使用效果更好，紅色標(biāo)記清晰可見(jiàn)，視窗內(nèi)油位較清晰。

圖3 齒輪箱油位計(jì)改進(jìn)前后效果對(duì)比

4 結(jié)論

改進(jìn)后的油位計(jì)組裝時(shí)不易混亂，內(nèi)部零件不易損壞，清洗更加方便，能夠更加清晰地顯示齒輪箱靜止?fàn)顟B(tài)的油位情況，運(yùn)用效果良好，性能可靠。新結(jié)構(gòu)油位計(jì)已經(jīng)隨齒輪箱運(yùn)用考核超過(guò)100萬(wàn)km，運(yùn)用性能良好，完全滿足設(shè)計(jì)使用需求。