胡昌洋 李 勝 許濤濤

(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

DWL-48型搗固穩(wěn)定車驅(qū)動齒輪箱輪對的研制

胡昌洋 李 勝 許濤濤

(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

介紹了DWL-48型搗固穩(wěn)定車驅(qū)動齒輪箱輪對技術參數(shù)及其關鍵技術，并闡述其功能原理、結構特點。通過型式試驗、反壓試驗以及裝車使用表明齒輪箱輪對運行平穩(wěn)、密封可靠，達到了設計要求，滿足了DWL-48型搗固穩(wěn)定車使用需要。

驅(qū)動齒輪箱輪對；齒輪；密封；輪對壓裝

DWL-48型搗固穩(wěn)定車是新一代綜合大型養(yǎng)路機械，是當今世界上性能最先進的線路搗固機械之一，驅(qū)動齒輪箱輪對是該車關鍵部件。

1 齒輪箱輪對主要技術參數(shù)及要求

工作環(huán)境溫度：-10℃～40℃。 適用于1 435 mm標準軌距，輪徑(新)：?920 mm，軸徑：?150 mm。 靜態(tài)軸重：22 t； 額定功率：174 kW； 齒輪傳動比為3.7272； 主動端輸入最高轉(zhuǎn)速不超過2 600 r/min。 滿足最高自運行100 km/h、聯(lián)掛120 km/h的速度要求，齒輪箱適用于雙向驅(qū)動。

2 齒輪箱輪對工作原理及結構特點

DWL-48型連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車前動力轉(zhuǎn)向架由2組驅(qū)動齒輪箱輪對驅(qū)動，齒輪箱輪對結構如圖1所示。驅(qū)動齒輪箱一端支撐在車軸上，另一端通過扭力支承懸掛在車體轉(zhuǎn)向架上。驅(qū)動齒輪箱輪對主動端通過萬向聯(lián)軸節(jié)與分動箱連接，由于液力傳動箱輸出軸與動輪軸互相垂直，故采用相交軸傳動，通過一級錐齒輪直接驅(qū)動輪對。

1—軸箱支撐裝置；2—車輪；3—車軸；4—萬向軸中間支撐；5—箱體；6—扭力臂；7—油標。圖1 驅(qū)動齒輪箱輪對結構

3 齒輪箱輪對關鍵技術

3.1 齒輪的設計制造

(1)齒輪材料選擇。齒輪箱輪對運行、作業(yè)時，齒輪不僅傳遞較大扭矩，還受到來自軌道的沖擊,容易造成齒輪過載斷齒、疲勞斷齒和硬化層剝落。因此，主動、從動齒輪均選擇20Cr2Ni4A滲碳鋼材料，與國外大型養(yǎng)路機械齒輪采用的17CrNiMo6相比，它的抗彎強度和沖擊韌度等力學性能更好，淬透性相近[1]。采用滲碳淬火熱處理工藝，有效硬化層深度為1.4～1.8 mm，齒面硬度為58 HRC～62 HRC，芯部硬度為35 HRC～45 HRC。

(2)齒輪結構及基本參數(shù)選擇。齒輪副采用格利森弧齒錐齒輪，該型齒輪具有承受較強過載和沖擊的能力，傳動平穩(wěn)。另外，其加工機床價格比較便宜，便于齒輪加工生產(chǎn)組織。驅(qū)動齒輪箱工況分為短期過載(最大扭矩)和最高車速(v=100 km/h)工況。根據(jù)GB/T 10062-2003《錐齒輪承載能力計算方法》，齒輪副主要參數(shù)及不同工況下齒輪承載能力校核分別如表1和表2所示。

(3)齒輪的制造。由于齒輪熱處理造成的齒部和軸身彎曲變形很難控制，傳統(tǒng)的滲碳淬火后磨齒工藝很難保證齒輪質(zhì)量。為了提高齒輪精度，采用熱處理后磨齒技術，消除熱處理變形，齒輪精度達到6級，降低了齒輪箱噪音，提高了成品率。磨齒后齒輪不需要配對可互換使用，并使齒輪的早期接觸面積增大，提高了齒輪接觸強度。齒輪加工后，進行噴丸強化處理。

表1 齒輪副主要參數(shù)

表2 齒輪承載能力校核

3.2 箱體的設計

(1)箱體結構?？紤]到安裝維修方便，采用了圓形設計，沿軸孔剖分結構(見圖2)，上、下箱體通過螺栓連成一體。

(2)箱體材料。箱體是驅(qū)動齒輪箱傳動零件的基座，承受來自軌道的振動和沖擊，應具有足夠的強度和剛度。為了保證箱體強度，采用ZG230-450鑄鋼材料，具有較高的強度、塑性和韌性，能較好地滿足驅(qū)動齒輪箱的需求。

1—圓錐銷孔；2—油泵座孔；3—螺栓連接孔；4—上箱體；5—油孔；6—螺堵孔；7—下箱體；8—工藝孔。圖2 箱體結構

3.3 潤滑及密封設計

(1)潤滑設計。因箱體內(nèi)圓錐軸承安裝結構原因，安裝在軸承座內(nèi)的主動端軸承不能獲得足夠的潤滑油。因此，主動端圓錐滾子軸承，采用安裝在車軸上的偏心機構帶動齒輪箱強制潤滑裝置噴油潤滑，并在軸承座處安裝集油槽。從動端車軸軸承、齒輪靠浸油飛濺潤滑。這就保證了主動端軸承在齒輪箱高速、低速運行時都能得到充分潤滑。

(2)車軸貫通部設計為雙骨架油封密封型式，骨架油封內(nèi)部填潤滑脂，保持骨架油封較長時間的潤滑。輸入端軸承座和箱體靜密封處采用涂密封膠端面密封和O形圈密封。該密封方式具有結構簡單、密封可靠等優(yōu)點，經(jīng)過實際使用驗證，密封效果好、無泄漏。齒輪箱潤滑及密封結構如圖3所示。

1—骨架油封；2—軸承；3—O形圈；4—軸承座；5—端蓋；6—骨架油封；7—油泵；8—箱體；9—從動齒輪；10—齒輪軸。圖3 齒輪箱潤滑及密封結構

3.4 輪對的設計

(1)車軸的設計。車軸材料選擇DIN EN 13261標準規(guī)定的EA4T淬火和回火鋼。車軸結構設計主要考慮軸重、從動齒輪內(nèi)孔的裝配、軸箱軸承的選擇、齒輪箱車軸軸承等因素。

(2)車輪設計。車輪采用UIC 812—3和DIN EN 13262標準規(guī)定的R7T鋼，結構參考國外先進車輪結構設計，呈反S形。

(3)輪對壓裝。采用注油壓裝工藝。合金鋼車軸輪對壓裝的關鍵在于過盈量設計、車軸輪座和車輪轂孔加工質(zhì)量的控制，以及車輪油孔位置選擇。根據(jù)過盈配合的計算和選用標準計算得出輪對壓裝過盈量為0.14～0.31 mm。參考TB/T 1463—2006《鐵道機車輪對組裝技術條件》，整體輾鋼車輪過盈量為轂孔直徑的0.9‰～1.4‰，選取0.17～0.28 mm進行試制和試驗。車輪的剛性中心比較靠近車輪的內(nèi)側，注油孔位置需要在降低壓入力和有效作用距離兩者之間合理選擇，需要利用有限元分析車輪剛性中心位置以及實際壓裝試驗，來調(diào)整、選擇注油孔的位置。

3.5 懸掛裝置設計

齒輪箱懸掛裝置結構如圖4所示。驅(qū)動齒輪箱懸掛裝置底座焊接在轉(zhuǎn)向架橫梁側面，扭力臂與底座之間分別通過銷軸、連接板過渡連接，銷軸與連接板之間均有關節(jié)軸承連接，銷軸與底座銷軸孔安裝有橡膠減振器衰減振動。

4 試驗與應用

1—扭力臂；2—銷軸；3—連接板；4—底座。圖4 齒輪箱懸掛裝置結構圖

研制的齒輪箱輪對在齒輪箱綜合試驗臺上進行了低速磨合、高速空載試驗，試驗結果表明驅(qū)動齒輪箱運行平穩(wěn)，潤滑密封可靠，噪音低。輪對壓裝后，在專用輪對壓裝機上按照鐵道標準進行反壓試驗，輪對壓裝緊固力滿足要求。裝車考核后，齒輪箱輪對各項性能達到設計指標，截至目前已經(jīng)有百余臺DWL-48型搗固穩(wěn)定車配套驅(qū)動齒輪箱輪對在北京、上海、武漢、廣州等維護基地使用，效果良好。

[1] 劉勝新.實用金屬材料手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.□

(編輯：李琳琳)

2095-5251(2016)01-0016-02

2014-11-03

胡昌洋(1979-)，男，碩士研究生學歷，工程師，從事生產(chǎn)管理工作。

U216.6

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