張志強(qiáng) 朱朝江 趙 俊

(中車戚墅堰機(jī)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(hù)大型設(shè)備，主要在運(yùn)行過程中對(duì)線路鋼軌進(jìn)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(duì)鋼軌進(jìn)行維護(hù)性輪廓修復(fù)，在處理病害較重的鋼軌方面具有優(yōu)勢(shì)，作業(yè)效率較高，作業(yè)過程環(huán)保，火花飛濺少，利于防護(hù)[1]。車軸齒輪箱是整車關(guān)鍵部件[2]，采用液壓驅(qū)動(dòng)，將整車動(dòng)力傳遞至輪對(duì)，驅(qū)動(dòng)整車走行銑磨作業(yè)。走行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)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(dòng)。車軸齒輪箱設(shè)計(jì)有作業(yè)擋和空擋位兩種運(yùn)行工況，擋位切換由換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

1 兩種典型換擋機(jī)構(gòu)

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

1.1 撥齒輪換擋機(jī)構(gòu)

撥齒輪換擋機(jī)構(gòu)通過撥叉撥動(dòng)齒輪脫開或嚙合來實(shí)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(dòng)齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1—指示塊；2—導(dǎo)向桿；3—?dú)飧祝?—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(dá)；11—箱體。圖1 撥齒輪換擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

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

1.2 撥嚙合套換擋機(jī)構(gòu)

撥嚙合套換擋機(jī)構(gòu)通過撥叉撥動(dòng)嚙合套脫開或嚙合，使輸入動(dòng)力斷開或連接來實(shí)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(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

1—導(dǎo)向桿；2—撥叉指示塊；3—?dú)飧祝?—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(dá)。圖2 撥嚙合套換擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

其換擋原理為：氣缸固連撥叉指示塊，推位撥叉拉桿帶動(dòng)撥叉，撥動(dòng)嚙合套左右移動(dòng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)花鍵軸與小齒輪脫開或連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)輸入動(dòng)力的斷開或連接，最終實(shí)現(xiàn)擋位的切換。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

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

撥嚙合套換擋機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)齒輪副為常嚙合，通過撥動(dòng)嚙合套實(shí)現(xiàn)花鍵軸與主動(dòng)齒輪動(dòng)力的斷開或連接實(shí)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(shè)計(jì)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(jìn)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?；ㄦI副間隙的存在，導(dǎo)致機(jī)車換向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不可避免地產(chǎn)生沖擊，不適用于“零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)車軸齒輪箱。

3 “零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

“零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)由油缸、水平推塊、連接板、轉(zhuǎn)動(dòng)架、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

1—從動(dòng)齒輪；2—連接板；3—水平推塊；4—主動(dòng)齒輪；5—行程塊；6—轉(zhuǎn)動(dòng)架；7—輸入軸；8—箱體；9—油缸。圖3 “零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

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

1—從動(dòng)齒輪；2—連接板；3—水平推塊；4—主動(dòng)齒輪；5—行程塊；6—轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)換擋機(jī)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(jìn)入或退出嚙合的，對(duì)齒輪副的側(cè)隙無預(yù)留間隙要求，故只要齒輪副合理設(shè)計(jì)初始理論側(cè)隙，就可實(shí)現(xiàn)“零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)。

4 “零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

目前，該“零側(cè)隙”齒輪傳動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)已運(yùn)用在XM-1800銑磨車車軸齒輪箱產(chǎn)品上(見圖5)，實(shí)現(xiàn)車軸齒輪箱作業(yè)走行和聯(lián)掛運(yùn)行擋位切換。

圖5 XM-1800銑磨車實(shí)物圖

應(yīng)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。