張志紅

（中國平煤神馬控股集團(tuán)鐵路運輸處，河南 平頂山 467000）

0 引言

中國平煤神馬控股集團(tuán)公司鐵路運輸處承擔(dān)著礦區(qū)線路局車輛、自備車輛和公司外部單位，共約1 800 余臺車輛的日常維修任務(wù)，滿足不斷增長的煤炭運輸需求，同時加快鐵路裝備現(xiàn)代化進(jìn)程?，F(xiàn)在的主流類型是C型車輛和K 型車輛。C型車輛是一般的敞車，以C64、C70 為主。K 型車輛是漏斗車和自翻車，以K18、KM70、KF60 為主。K 型礦車有礦渣卸車、卸煤斗車兩種類型。卸載的工作原理及主要特性都是一樣的，其中底門開啟及關(guān)閉裝置中的大多數(shù)重要零件可以進(jìn)行通用交換。而煤式裝卸機是中國平煤神馬控股集團(tuán)公司長期運行的一種裝卸機，主要承擔(dān)礦區(qū)各煤礦與選煤廠之間的煤炭入洗運輸任務(wù)，經(jīng)常發(fā)生一些問題。筆者就裝卸機的工作特性、變速箱的損壞及維修進(jìn)行探討。

煤炭漏斗車自身擁有很高的車身結(jié)構(gòu)，可以節(jié)制、均勻地卸出煤炭和石碴等，可實現(xiàn)兩邊同時卸煤，可實現(xiàn)自動快速卸車。使用性能良好，通常在沒有風(fēng)源的條件下，也可人工操作，符合車輛固定編組、循環(huán)使用、定點裝卸的要求。卸煤車在車體、風(fēng)手制動系統(tǒng)、車鉤緩沖系統(tǒng)及底門開合系統(tǒng)等各個方面，都使用了當(dāng)時我國鐵路車輛的新技術(shù)和新材質(zhì)。由于卸載效率高，操作簡便，工作環(huán)境良好，而且車輛大修周期長，運行磨損消耗低，綜合維護(hù)費用低，因此在煤礦開采中得到了廣泛的使用［1］。煤炭漏斗車主要承擔(dān)礦區(qū)各煤礦與選煤廠之間的煤炭入洗運輸任務(wù)，目前運輸處使用的K 型車輛有400多輛。車輛檢修由中國平煤神馬控股集團(tuán)公司負(fù)責(zé)，而車輛產(chǎn)權(quán)大部分屬于各電廠、其他自備車單位。產(chǎn)權(quán)方無車輛專業(yè)人員驗收，車輛在購買時會存在一定安全風(fēng)險。另外，車輛檢修時存在漏檢、少檢、漏修等情況，可能致使煤炭漏斗車輛運行狀態(tài)不佳。在實際運用中，近年來車輛底開門開閉機構(gòu)故障一直居高不下，其中主要原因是變速箱失效，致使底門打不開或關(guān)不上。這類故障不但會引起煤炭沿程泄漏和拋撒，給清理和裝卸帶來困難，而且如果在行駛過程中底部閘門突然開啟，很容易破壞沿途的車輛和設(shè)備，還有可能發(fā)生更加嚴(yán)重的安全事故。

1 卸煤運輸機變速箱故障的原因

1.1 卸煤料斗車底板開啟和關(guān)閉裝置的工作機理

煤料斗車是一種無頂?shù)组_門料斗車。車身采用不帶頂?shù)穆┒窢顐?cè)壁承重鋼板，底部框架由中梁、枕梁、側(cè)梁、大橫梁等組成。為了能讓煤自動排出，在底面與底面之間的角度要大于45°。在每一個料斗的外部表面的較低部分，都有一個側(cè)開式的底門，它是由一套可以自鎖的機械傳動裝置（大刀片式杠桿機構(gòu)或頂鎖機構(gòu)）來打開和關(guān)閉的，通過壓縮空氣或人工操作，可以實現(xiàn)煤炭的自動排放。手動傳輸機構(gòu)和風(fēng)力控制管道系統(tǒng)都設(shè)置在車身端部的底部框架上，風(fēng)力和風(fēng)力控制機構(gòu)是彼此獨立的，其變換是通過撥叉撥動齒嵌式離合器來實現(xiàn)的。人工操縱部分采用透平螺輪式機械，通過移動手輪來帶動驅(qū)動軸，驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動可以帶動其上兩個連桿的轉(zhuǎn)動，從而帶動底部車門的拉桿；所述下閘門的一端連接于控制下閘門的轉(zhuǎn)軸，由此控制下閘門的開啟和關(guān)閉。在底門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時，依靠拉桿的偏心率可以確保底門在自身重量和載荷作用下自動上鎖。K18 運煤車的底板開啟和關(guān)閉裝置如圖1所示。

圖1 K18型煤炭漏斗車底門開閉機構(gòu)

上部傳動裝置由上部傳動軸、牙嵌離合器、356 mm×280 mm 旋壓式雙向作用風(fēng)缸、滾動軸承、上曲拐、離合器傳動軸、減速器、齒輪、限位器、齒條、滾輪、壓銷座、手輪、齒輪罩等組成，如圖2所示。

圖2 上部傳動裝置

下部傳動裝置由下部傳動軸、下部軸承、雙聯(lián)杠桿、連桿、離合器、左右鎖體、長頂桿、短頂桿、聯(lián)軸節(jié)、下曲拐等組成，如圖3所示。

圖3 下部傳動裝置

K 型煤炭漏斗車的底開門變速箱是由蝸輪蝸桿（其傳動比為34）和一級減速齒輪副（其傳動比為2）集成的一個密閉二級減速箱，其傳動比大，關(guān)閉底門非常靈活［2］。設(shè)備中不含有離合器，上部傳動軸末端與減速箱聯(lián)軸節(jié)直接相連，二者處于“相對常嚙合”狀態(tài)。利用齒間“空行程”來調(diào)節(jié)上部傳動軸末端與減速箱聯(lián)軸節(jié)的嚙合方位，從而實現(xiàn)控制開（關(guān)）門。變速箱是頂鎖式開閉機構(gòu)的重要部件，貨物的傾瀉是通過操作變速箱將力量傳遞到底門傳動機構(gòu)使車門打開而實現(xiàn)的，所以變速箱性能的好壞對于底開門的開啟和關(guān)閉起到?jīng)Q定性影響。

變速箱由蝸桿、輸入軸悶蓋、減速器小齒輪、減速器軸、減速器蝸輪、減速器軸承蓋、輸出軸、減速器大齒輪等組成。其工作特點為蝸桿轉(zhuǎn)動。蝸桿轉(zhuǎn)動與輪齒轉(zhuǎn)動相比具有傳動比大，工作平穩(wěn)，齒面間相對滑動速度大、效率低等特點。由于蝸桿嚙合齒面間的相對滑動速度大、效率低、發(fā)熱量大，因此傳動的主要失效形式為膠合、點蝕和磨損等。與蝸桿相比，蝸輪無論在材料還是輪齒結(jié)構(gòu)方面均比較薄弱，所以失效多發(fā)生在蝸輪輪齒上。

變速箱發(fā)生故障時，即使變速箱密封良好，變速箱內(nèi)的齒輪油也會經(jīng)常被乳化，軸承易生銹、腐蝕、損壞，這是因為變速箱在運行一段時間后，齒輪油溫度升高又冷卻后產(chǎn)生的凝結(jié)水與油混合。蝸桿傳動的效率低，其損失掉的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊Ｈ糸]式傳動散熱不良時，可使溫度升高，潤滑油變稀，導(dǎo)致潤滑條件變壞，摩擦系數(shù)急劇增加，從而發(fā)熱更多，這樣的惡性循環(huán)將使傳動件很快損壞，導(dǎo)致車輛無法打開或者落鎖［3］。

1.2 變速箱失效原因分析

1.2.1 設(shè)計方面的原因。變速箱安裝于車輛一側(cè)地板面上，在使用過程中，雨水必然順著蝸桿及軸承間隙進(jìn)入減速箱內(nèi)造成變速箱內(nèi)積水，冬季變速箱內(nèi)積水結(jié)冰，變速箱無法使用。在變速箱蝸桿上部軸承，由于其特殊位置，無油嘴、油杯為其長期補油。卸車作業(yè)時，變速箱內(nèi)的液態(tài)油隨著齒輪的轉(zhuǎn)動可潤滑箱體內(nèi)傳動軸承，但其無法把機油滴在軸承的上表面。再加上下雨等因素，易造成軸承上表面的磨損。

1.2.2 維修原因。在進(jìn)行車輛段修期間，未按規(guī)定對齒輪箱進(jìn)行拆解，未將碎屑清理干凈，未將潤滑油和破損零件重新?lián)Q過；由于長時間的水分過高，齒輪箱潤滑欠佳，對軸承造成了破壞，導(dǎo)致蝸桿螺輪齒隙的增大從而引發(fā)故障。此外，維修人員檢查不到位，造成了離合器軸心不齊，基座安裝不穩(wěn)。

1.2.3 工作因素。由于操作者沒有開啟鎖定保護(hù)器，或者由于煤塊粘在了底門上而未曾及時清理，導(dǎo)致了螺旋槳的不正常運轉(zhuǎn)，進(jìn)而造成軸承的損壞。在手動開關(guān)底門的時候，需要一個人進(jìn)行操作，不允許兩個人進(jìn)行操作，也不能通過加長套管來加大力矩。在鎖體、門板內(nèi)，或是因為冬天上凍等原因，導(dǎo)致開關(guān)門困難的時候，如果強行轉(zhuǎn)動動手輪，就會導(dǎo)致軸承損壞、齒輪磨耗、上端軸承壓蓋頂起等，從而導(dǎo)致變速箱失效。

1.2.4 其他因素。變速箱油不足，底盤被侵蝕，導(dǎo)致變速箱底部的硬度不足，離合器物理位置偏離中心。如果工作人員使用不當(dāng)，或者底門被卡住，就會導(dǎo)致變速箱失效，導(dǎo)致底門不能打開，對礦井的正常生產(chǎn)和交通造成很大的影響。

傳動裝置的手輪較為笨重，容易遺失。因為傳動裝置的輸入軸懸臂段太長（如圖4 所示），安裝在輸入軸懸臂端部的手輪轉(zhuǎn)動時會發(fā)生擺動，導(dǎo)致輸入軸上下支承的滾子軸承有很高的損失率，所以變速箱出現(xiàn)故障的外在表現(xiàn)主要是減速齒輪的阻力較大，蝸輪的旋轉(zhuǎn)不暢或無法旋轉(zhuǎn)。由于變速箱、離合器等底開門系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的車輛臨修數(shù)據(jù)顯示，一年中大約會出現(xiàn)20 多次的變速箱故障，主要是由于變速箱上蓋與蝸桿上部接觸處的間隙過大，使得變速箱上部軸承（蝸桿上部）容易進(jìn)入水分和其他異物，從而導(dǎo)致變速箱軸承和渦輪蝸桿潤滑失效。在蝸輪中，蝸輪齒輪的磨損、嚙合及齒輪的屈曲斷裂是蝸輪齒輪的主要破壞形式。由于通常的蝸輪傳動存在效率不高、轉(zhuǎn)速高、易產(chǎn)生熱量等問題，因而出現(xiàn)了打滑、磨耗等現(xiàn)象。此外還發(fā)現(xiàn)，齒輪箱的手輪軸轉(zhuǎn)軸的軸套受到了嚴(yán)重的損傷，已經(jīng)對齒輪箱的工作特性造成了影響，這對車輛的行駛安全造成了威脅。

圖4 變速箱實物圖

因為中國平煤神馬控股集團(tuán)公司各大裝配站缺少開展檢修的必要條件，導(dǎo)致無法對車輛進(jìn)行檢修，所以即使檢測人員發(fā)現(xiàn)了某輛車有減速箱和離合器的問題，也不可能在裝配站里維修，他們必須將這輛車暫時擱置，然后送到車輛段進(jìn)行維修。這樣會對站內(nèi)運輸組織產(chǎn)生不良影響。全部采用車輛段修車、倉庫區(qū)內(nèi)的車輛檢修，不但影響了車輛檢修的效率，也影響了正常的車輛檢修進(jìn)度。并且一個齒輪箱的造價接近7 000 元，因為齒輪箱破損而全部替換的話，造價會很高。根據(jù)變速箱結(jié)構(gòu)特點，對變速箱進(jìn)行改進(jìn)和修復(fù)，可以采取多種手段使其達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求，以從根本上節(jié)能降耗，解決煤炭漏斗車輛臨修故障頻發(fā)的問題［4］。

2 改進(jìn)方法

2.1 拆除風(fēng)動設(shè)備

調(diào)整渦輪的5 個爪子與離合器的咬合間隙，確保過“死點”時的反向作用力不會切斷蝸輪及離合器的爪子，并用筋板固定各個傳動軸的底座，以增強其強度，防止變形。K18 車是運煤專用車，由于工作環(huán)境的影響會導(dǎo)致塞門故障率較高，進(jìn)而出現(xiàn)串風(fēng)現(xiàn)象。安裝風(fēng)動卸車裝置的車輛、復(fù)雜的管路會直接影響車輛端部地板清理，使地板的腐蝕速度加快。風(fēng)手動離合器會在沒有風(fēng)動的情況下使離合器失去應(yīng)有的作用。手動裝置是一套傳動比為68的蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，自身具有自鎖功能。拆除風(fēng)手動離合器會直接將手動機構(gòu)的傳動裝置相連，相當(dāng)于增加了一套鎖閉機構(gòu)，變二級鎖閉為三級鎖閉，更能有效保證車門的狀態(tài)。

2.2 采用合理的密封和潤滑措施

當(dāng)裝配輸出軸時，需要注意公差配合，d≤50 mm，采用h7∕k6，d>50 mm，采用h7∕m6。在設(shè)備中要用防黏劑或紅丹油來保護(hù)空心軸，防止磨損生銹及配合面積垢，防止出現(xiàn)維修時難拆卸等問題。一般選用220#齒輪油，并增加一些潤滑油添加劑（如安治化工公司的即可），這樣能使變速箱在停止運轉(zhuǎn)時，齒輪油依然附在齒輪表面，齒輪油依然附在齒輪表面，形成保護(hù)膜來防止重負(fù)荷、低速、高轉(zhuǎn)矩和啟動時金屬和金屬間接觸。添加劑中含有密封圈調(diào)節(jié)劑和抗漏劑，使密封圈保持柔軟和彈性，能有效減少潤滑油泄漏現(xiàn)象。對變速箱蝸桿上部軸承，定期人工潤滑保養(yǎng)優(yōu)化，防止雨水侵入、油脂泄漏及微動磨損顆粒和其他雜質(zhì)進(jìn)入軸承中。對變速箱蝸桿上部軸承，定期人工潤滑保養(yǎng)優(yōu)化該處結(jié)構(gòu)。增設(shè)可向該軸承長期供油的油嘴，在油杯軸承外蓋可增設(shè)外采用接觸式橡膠密封蓋，這樣的做法可有效防止雨水侵入，防止油脂泄漏及微動磨損顆粒和其他雜質(zhì)進(jìn)入軸承中。

2.3 更換變速箱軸承

變速箱的軸承使用的是LYC 生產(chǎn)的30208 單列圓錐滾子軸承。此軸承具有低摩擦、使用壽命長、運行可靠性高等特點。單列圓錐滾子軸承能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合作用，由一個外圈和內(nèi)圈組成。

外圈和內(nèi)圈組件分離，按ISO 圓錐滾子軸承外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)型號的圓錐滾子軸承外圈或內(nèi)圈組件應(yīng)能與同型號外圈或內(nèi)圈組件實現(xiàn)國際性互換。單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角為10°～19°，錐角越大，承受軸向載荷的能力也越大。上部傳動軸軸承使用1214 調(diào)心球軸承，具有自動調(diào)心性能，可以補償不同心度和軸撓度造成的誤差，但其內(nèi)、外圈相對傾斜度不得超過3°。1214 軸承為標(biāo)準(zhǔn)圓孔，普通，開式，規(guī)格是70 mm×125 mm×24 mm，動載荷為35 000 N，靜載荷為13 800 N。主要承受徑向載荷，同時可承受較小軸向載荷。

外圈能與內(nèi)圈組件分離，標(biāo)準(zhǔn)型號的圓錐滾子軸承的外圈或內(nèi)圈組件，應(yīng)該能與同型號外圈或內(nèi)圈組件實現(xiàn)互換。單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角為10°～19°，錐角越大，承受軸向載荷的能力也越大。上部傳動軸軸承使用1214 調(diào)心球軸承，具有自動調(diào)心性，可補償不同心度和軸撓度造成的誤差。但其內(nèi)圈、外圈相對傾斜度不得超過3°。1214軸承為標(biāo)準(zhǔn)圓孔，規(guī)格是70 mm×125 mm×24 mm，動載荷大小為35 000 N，靜載荷大小為13 800 N。主要承受徑向載荷，可承受較小軸向載荷。軸（外殼）的軸向位移限制在游隙限度內(nèi)，具有自動調(diào)心性能，允許在內(nèi)、外圍相對傾斜不大的條件下正常工作。

2.4 改進(jìn)手輪性能

防盜螺母是防盜性能較好的產(chǎn)品，主要用于機械連接緊固地方的防松防盜。順時針旋緊螺母時，由于內(nèi)設(shè)滾珠沿弧形盲槽滾動，而螺母塑料內(nèi)襯套將隨之自動脫落。在反向旋松螺母時，由于盲槽徑向尺寸逐漸變小，滾珠被卡在螺紋內(nèi)，螺母無法隨之旋松，從而起到一定的防盜作用。在變速箱手輪部分采用防盜螺母緊固，提高了手輪的防盜性能。變速箱輸入軸的上支撐位置高于其他位置，提高了手輪及輸入軸的穩(wěn)定性，延長了輸入軸上、下支撐處滾動軸承的使用壽命。

2.5 加強宣傳培訓(xùn)

為了保證煤炭漏斗車更好地安全運行，可加大用車愛車的宣傳力度，并組織對卸車人員的培訓(xùn)，按照操作規(guī)程嚴(yán)格進(jìn)行卸車作業(yè)。開關(guān)阻力過大時應(yīng)及時查找原因，不得增大力矩強行對底門進(jìn)行作業(yè)，卸車后及時關(guān)閉底門。車務(wù)人員應(yīng)在列車編組后，仔細(xì)確認(rèn)底門的鎖閉狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。

3 結(jié)論

通過以上的改進(jìn)和修復(fù)運用，減少了煤炭沿途撒落及清掃拾漏帶來的經(jīng)濟(jì)損失和勞動力投入。按每年改進(jìn)修復(fù)變速箱20 個計算，則節(jié)約成本140 000元，達(dá)到了節(jié)能增效的目的。此外，杜絕了煤炭漏斗車底開門自動打開或關(guān)閉的隱患，保證了車輛的安全運行。鐵路列車區(qū)間運行容易發(fā)生煤炭泄漏，造成列車脫軌傾覆等鐵路行車事故得到了有效治理。同時，規(guī)范了管理，有效地防控了風(fēng)險，大大提升了鐵路行車安全性和可靠性。