地鐵車輛齒輪箱故障及解決措施探討

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摘要：齒輪箱作為車輛轉(zhuǎn)向架的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性能夠大大提高車輛轉(zhuǎn)向架的性能?；诖耍瑥南潴w、齒輪、軸承、潤(rùn)滑及密封等方面探討齒輪箱設(shè)計(jì)要點(diǎn)，明確其維保措施，并結(jié)合西安某地鐵案例，對(duì)其常見(jiàn)故障及解決辦法進(jìn)行分析，旨在為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：齒輪箱；故障分析；滲油；漏油

常見(jiàn)的齒輪箱故障有漏油、異響以及油變色等。故障可能發(fā)生在地鐵車輛調(diào)試過(guò)程中，也有可能發(fā)生在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，甚至可能發(fā)生在對(duì)齒輪箱進(jìn)行相關(guān)操作后的很短時(shí)間內(nèi)。故障的產(chǎn)生嚴(yán)重影響著車輛運(yùn)行的安全。因此，對(duì)地鐵車輛齒輪箱存在的故障進(jìn)行必要的研究分析，并在此基礎(chǔ)上提出切實(shí)可行的解決策略。

1齒輪箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

齒輪箱屬于單級(jí)圓柱斜齒輪傳動(dòng)，組成零件和系統(tǒng)主要有箱體、齒輪、軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)和密封系統(tǒng)等。這些零件和系統(tǒng)既相互獨(dú)立，又相互影響，共同作用形成了齒輪箱系統(tǒng)。

1.1箱體

齒輪箱箱體是一個(gè)密閉的空間，能夠?qū)X輪和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。除此之外，齒輪箱箱體還能夠承受輸出扭矩的反作用力，使齒輪的嚙合精度得到保證。車輛運(yùn)行過(guò)程中，車輪和軌道摩擦產(chǎn)生巨大的振動(dòng)沖擊。齒輪箱不僅要承受這部分沖擊，還要支撐齒輪和軸承運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)材料的要求比較嚴(yán)格。

1.2齒輪

車輛的正常驅(qū)動(dòng)與否和齒輪傳動(dòng)的好壞有著密切聯(lián)系。齒輪箱傳動(dòng)的效率和精度受齒輪傳動(dòng)的影響，從而影響車輛驅(qū)動(dòng)。此次工程項(xiàng)目中采用的是漸開線圓柱斜齒輪傳動(dòng)。齒輪材料為EN10084標(biāo)準(zhǔn)下的18CrNiMo7-6材質(zhì)，能夠最大限度地滿足強(qiáng)度要求和實(shí)際情況。齒廓表面采用滲碳淬火熱處理工藝進(jìn)行處理，使得齒面硬度大大提高。齒輪精度越高，齒輪嚙合精度就越高，噪聲也能得到有效控制。提高齒輪精度主要采用磨削修形的方法，修形前先利用MASTA軟件對(duì)修形量進(jìn)行模擬和計(jì)算，然后再根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行操作。同時(shí)，疲勞強(qiáng)度計(jì)算也應(yīng)與IS06336標(biāo)準(zhǔn)相符。

1.3軸承

以圓柱滾子軸承和四點(diǎn)球軸承為主的軸承配置不僅安裝方便，而且調(diào)試簡(jiǎn)單，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因此常被當(dāng)做是輸入齒輪軸的支撐。車軸以簡(jiǎn)支梁式支撐為主，兩端分別布置一個(gè)圓錐滾子軸承，且兩個(gè)軸承以面對(duì)面的形式裝配。需要注意的是，軸向游隙的調(diào)整應(yīng)在調(diào)整墊的作用下進(jìn)行。通過(guò)計(jì)算可知，軸承的使用壽命應(yīng)為200×104km。因此，每次軸承檢查應(yīng)與上一次檢查至少相隔80×104km。

1.4潤(rùn)滑及密封

利用潤(rùn)滑油的飛濺進(jìn)行潤(rùn)滑是齒輪箱中齒輪和軸承潤(rùn)滑的主要方式。對(duì)于齒輪箱箱體來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑油主要儲(chǔ)存在箱體底部的油池中。對(duì)于軸承來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑油主要通過(guò)軸承座上的進(jìn)油孔進(jìn)入軸承。潤(rùn)滑過(guò)程中，齒輪飛濺的潤(rùn)滑油首先進(jìn)入軸承內(nèi)部，然后對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，最后再通過(guò)回油孔回到箱體底部的油池中。齒輪箱密封系統(tǒng)主要有兩種，分別是接觸式靜密封和非接觸式動(dòng)密封。（1）接觸式靜密封。接觸式密封系統(tǒng)不僅存在于密封蓋端和軸承座之間，還存在于軸承座和箱體之間。所有接觸式靜密封進(jìn)行密封的材料都是O形橡膠密封圈和端面厭氧型密封膠。這種密封方式不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且性能較好，可靠性高。（2）非接觸式動(dòng)密封。非接觸式機(jī)械密封屬于雙層密封，通常在貫通部位使用，如齒輪箱小齒輪軸和車軸等部位。密封時(shí)既要確保齒輪箱內(nèi)部不出現(xiàn)油氣滲漏的情況，又要確保齒輪箱的清潔，不能進(jìn)入外部灰塵雜質(zhì)以及水等物質(zhì)。

2維護(hù)保養(yǎng)

正式交付后，齒輪箱一共需要經(jīng)歷五個(gè)階段。具體階段如下。（1）首次使用。利用透明油標(biāo)為檢查工具對(duì)油位進(jìn)行檢查。（2）磨合期。檢查頻次為每天一次，檢查內(nèi)容有：①利用透明油標(biāo)觀察油位及顏色；②對(duì)迷宮蓋板排水孔進(jìn)行檢查，通過(guò)觀察排水孔，判斷是否存在碎屑或灰塵對(duì)排水孔造成阻礙；③檢查螺栓是否松動(dòng)，具體為觀察螺栓防松線，判斷螺栓防松線是否發(fā)生偏移；④對(duì)油品取樣并進(jìn)行分析。（3）月檢。頻次為每月檢查一次或每12500km檢查一次，檢查項(xiàng)目與磨合期相同，不需要對(duì)油樣進(jìn)行檢查。（4）年檢。頻次為每年檢查一次或每150000km檢查一次。檢查內(nèi)容包括：①對(duì)齒輪箱外部進(jìn)行檢查，判斷齒輪箱外部是否存在損傷；②對(duì)磁性油塞的吸附金屬屑進(jìn)行檢查；③檢查螺栓是否松動(dòng)，具體為觀察螺栓防松線，判斷螺栓防松線是否發(fā)生偏移；④更換潤(rùn)滑油，單臺(tái)齒輪箱的潤(rùn)滑油注入量約為3.6L。（5）大修。頻次為每6年檢查一次或每900000km檢查一次。檢查內(nèi)容為：①對(duì)轉(zhuǎn)向架上的齒輪箱進(jìn)行拆卸和安裝；②對(duì)各部位進(jìn)行清理；③對(duì)所有零件存在損傷的地方進(jìn)行檢查；④對(duì)螺栓、0型密封圈、組合墊和油標(biāo)進(jìn)行更換；⑤對(duì)輸出軸承滾道、滾子表面進(jìn)行檢查，判斷是否存在侵蝕和磨損，如果侵蝕較為嚴(yán)重，則需進(jìn)行更換。

3齒輪箱常見(jiàn)故障分析及處理建議

3.1齒輪箱滲油、漏油

根據(jù)齒輪箱的結(jié)構(gòu)可大致判斷出漏油的部位。常見(jiàn)的漏油部位有大、小軸承座結(jié)合面處、小密封端蓋處等。本文以西安地鐵為研究對(duì)象，對(duì)地鐵運(yùn)行過(guò)程中的漏油情況進(jìn)行仔細(xì)分析，并作出如下總結(jié)。（1）如果漏油現(xiàn)象出現(xiàn)在車輛運(yùn)行之前，則漏油的原因可能是組裝出現(xiàn)失誤，也可能是組裝和試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有將多余的油擦干凈。通過(guò)對(duì)地鐵的運(yùn)行情況進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，組裝失誤這一原因的可能性較小。齒輪箱油位是檢查的首要對(duì)象。當(dāng)油位不足的現(xiàn)象比較明顯時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間聯(lián)系廠家，并判斷組裝是否存在問(wèn)題。當(dāng)油位沒(méi)有發(fā)生變化或變化不明顯時(shí)，應(yīng)先對(duì)齒輪箱表面的油污進(jìn)行清理，然后再對(duì)齒輪箱表面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察是否出現(xiàn)了新的油污，同時(shí)還需對(duì)油位的變化情況進(jìn)行觀察。如果有新的油污出現(xiàn)，且油位發(fā)生變化，則組裝存在問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家。如果沒(méi)有出現(xiàn)新的油污，則問(wèn)題產(chǎn)生的原因極有可能是油污清理不到位。（2）漏油現(xiàn)象出現(xiàn)在車輛調(diào)試或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中。①迷宮處滲油。迷宮槽中有少量剩余的油隨著車輛的運(yùn)行而滲出，從而形成油污。這種油污會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減少，并變得干燥。也有可能是加入了過(guò)多的潤(rùn)滑油，從而使得潤(rùn)滑油沿著迷宮滲出。這種情況的滲油同樣也會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減少，并變得干燥。如果油污長(zhǎng)時(shí)間保持潮濕，則可能有兩種情況。其中一種是回油孔堵塞，潤(rùn)滑油無(wú)法順利回到箱體底部，因此需要及時(shí)對(duì)回油通道進(jìn)行清理；另一種是潤(rùn)滑油來(lái)自分箱面，并積聚在迷宮處。②分箱面處滲油。分箱面處漏油的原因是組裝時(shí)沒(méi)有做好密封工作。③連接螺栓處滲油。連接螺栓處滲油的原因主要分為兩種。其中一種是防銹油清理不到位，導(dǎo)致滲出，另一種則可能是螺栓出現(xiàn)松動(dòng)，擰緊螺栓能夠解決這一問(wèn)題。

3.2潤(rùn)滑油變色

（1）潤(rùn)滑油乳化、劣化。對(duì)齒輪箱中的潤(rùn)滑油進(jìn)行觀察，判斷潤(rùn)滑油是否變白。如果出現(xiàn)變白現(xiàn)象，則潤(rùn)滑油發(fā)生乳化，需及時(shí)更換。產(chǎn)生乳化的原因主要是潤(rùn)滑油中有雨水混入。一般情況下，只有出現(xiàn)特大暴雨或軌道上積水較深時(shí)才有可能出現(xiàn)這種情況。（2）潤(rùn)滑油變黑。通常情況下，潤(rùn)滑油變黑并不會(huì)對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置的正常運(yùn)行造成影響。潤(rùn)滑油變黑的原因主要有以下幾種：①組裝前沒(méi)有將各部件清洗干凈。②磨合初期產(chǎn)生了磨合微粒，從而導(dǎo)致齒輪油變色。③各部件清洗不到位、磨合初期產(chǎn)生磨合微粒是磁性加油螺栓上存在油污的主要原因。處理建議如下：①將磁性螺栓拆下來(lái)重新進(jìn)行清洗，并更換潤(rùn)滑油。②當(dāng)放油后的齒輪箱清洗不到位時(shí)，即使更換了潤(rùn)滑油，也有可能會(huì)出現(xiàn)油變黑的現(xiàn)象。③換油后，對(duì)潤(rùn)滑油的情況進(jìn)行跟蹤和檢測(cè)。利用磁性螺堵上的吸附物狀態(tài)對(duì)潤(rùn)滑油變黑是否正常這一問(wèn)題進(jìn)行判斷。

3.3齒輪箱異響

（1）接地碳刷異響。①運(yùn)營(yíng)初期產(chǎn)生異響的原因主要是碳刷和滑環(huán)配合不密貼，這種情況下產(chǎn)生的異響會(huì)隨著碳刷的磨損而逐漸消失。除了這種方法外，還可以通過(guò)修整碳刷的方法消除異響。②產(chǎn)生異響的原因可能是彈簧發(fā)生斷裂，這種情況的可能性不大。（2）其他異響。其他異響主要來(lái)源于齒輪箱內(nèi)部，包括軸承受損、輪齒損壞等，可借助潤(rùn)滑油進(jìn)行初步判斷。

3.4聯(lián)軸節(jié)處滲油（脂）

聯(lián)軸節(jié)處滲油的原因主要是沒(méi)有將連接螺栓擰緊，從而導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中有油脂甩出。解決這一問(wèn)題的方法主要是將螺栓擰緊，必要時(shí)還可適當(dāng)加入一些潤(rùn)滑油。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，運(yùn)行過(guò)程中，齒輪箱可能會(huì)面對(duì)各種各樣的問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)具體的問(wèn)題有針對(duì)性地進(jìn)行解決。同時(shí)，各地鐵機(jī)構(gòu)應(yīng)將這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)整理出來(lái)，與其他城市的地鐵共享，以便更好地應(yīng)對(duì)和解決這些問(wèn)題。

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作者：張濱 單位：西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司