DWL-48型搗固穩(wěn)定車驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)的研制

胡昌洋 李 勝 許濤濤

(南車戚墅堰機(jī)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(dòng)齒輪箱輪對(duì)的研制

胡昌洋 李 勝 許濤濤

(南車戚墅堰機(jī)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(dòng)齒輪箱輪對(duì)技術(shù)參數(shù)及其關(guān)鍵技術(shù)，并闡述其功能原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)型式試驗(yàn)、反壓試驗(yàn)以及裝車使用表明齒輪箱輪對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)、密封可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足了DWL-48型搗固穩(wěn)定車使用需要。

驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)；齒輪；密封；輪對(duì)壓裝

DWL-48型搗固穩(wěn)定車是新一代綜合大型養(yǎng)路機(jī)械，是當(dāng)今世界上性能最先進(jìn)的線路搗固機(jī)械之一，驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)是該車關(guān)鍵部件。

1 齒輪箱輪對(duì)主要技術(shù)參數(shù)及要求

工作環(huán)境溫度：-10℃～40℃。 適用于1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)比為3.7272； 主動(dòng)端輸入最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)2 600 r/min。 滿足最高自運(yùn)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(dòng)。

2 齒輪箱輪對(duì)工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

DWL-48型連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車前動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由2組驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)驅(qū)動(dòng)，齒輪箱輪對(duì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。驅(qū)動(dòng)齒輪箱一端支撐在車軸上，另一端通過(guò)扭力支承懸掛在車體轉(zhuǎn)向架上。驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)主動(dòng)端通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與分動(dòng)箱連接，由于液力傳動(dòng)箱輸出軸與動(dòng)輪軸互相垂直，故采用相交軸傳動(dòng)，通過(guò)一級(jí)錐齒輪直接驅(qū)動(dòng)輪對(duì)。

1—軸箱支撐裝置；2—車輪；3—車軸；4—萬(wàn)向軸中間支撐；5—箱體；6—扭力臂；7—油標(biāo)。圖1 驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)結(jié)構(gòu)

3 齒輪箱輪對(duì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 齒輪的設(shè)計(jì)制造

(1)齒輪材料選擇。齒輪箱輪對(duì)運(yùn)行、作業(yè)時(shí)，齒輪不僅傳遞較大扭矩，還受到來(lái)自軌道的沖擊,容易造成齒輪過(guò)載斷齒、疲勞斷齒和硬化層剝落。因此，主動(dòng)、從動(dòng)齒輪均選擇20Cr2Ni4A滲碳鋼材料，與國(guó)外大型養(yǎng)路機(jī)械齒輪采用的17CrNiMo6相比，它的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度等力學(xué)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(jié)構(gòu)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(qiáng)過(guò)載和沖擊的能力，傳動(dòng)平穩(wěn)。另外，其加工機(jī)床價(jià)格比較便宜，便于齒輪加工生產(chǎn)組織。驅(qū)動(dòng)齒輪箱工況分為短期過(guò)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(jì)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(shù)，消除熱處理變形，齒輪精度達(dá)到6級(jí)，降低了齒輪箱噪音，提高了成品率。磨齒后齒輪不需要配對(duì)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(qiáng)度。齒輪加工后，進(jìn)行噴丸強(qiáng)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(shè)計(jì)

(1)箱體結(jié)構(gòu)?？紤]到安裝維修方便，采用了圓形設(shè)計(jì)，沿軸孔剖分結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)，上、下箱體通過(guò)螺栓連成一體。

(2)箱體材料。箱體是驅(qū)動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)零件的基座，承受來(lái)自軌道的振動(dòng)和沖擊，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了保證箱體強(qiáng)度，采用ZG230-450鑄鋼材料，具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，能較好地滿足驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)

3.3 潤(rùn)滑及密封設(shè)計(jì)

(1)潤(rùn)滑設(shè)計(jì)。因箱體內(nèi)圓錐軸承安裝結(jié)構(gòu)原因，安裝在軸承座內(nèi)的主動(dòng)端軸承不能獲得足夠的潤(rùn)滑油。因此，主動(dòng)端圓錐滾子軸承，采用安裝在車軸上的偏心機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒輪箱強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置噴油潤(rùn)滑，并在軸承座處安裝集油槽。從動(dòng)端車軸軸承、齒輪靠浸油飛濺潤(rùn)滑。這就保證了主動(dòng)端軸承在齒輪箱高速、低速運(yùn)行時(shí)都能得到充分潤(rùn)滑。

(2)車軸貫通部設(shè)計(jì)為雙骨架油封密封型式，骨架油封內(nèi)部填潤(rùn)滑脂，保持骨架油封較長(zhǎng)時(shí)間的潤(rùn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)際使用驗(yàn)證，密封效果好、無(wú)泄漏。齒輪箱潤(rùn)滑及密封結(jié)構(gòu)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(dòng)齒輪；10—齒輪軸。圖3 齒輪箱潤(rùn)滑及密封結(jié)構(gòu)

3.4 輪對(duì)的設(shè)計(jì)

(1)車軸的設(shè)計(jì)。車軸材料選擇DIN EN 13261標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的EA4T淬火和回火鋼。車軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮軸重、從動(dòng)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(shè)計(jì)。車輪采用UIC 812—3和DIN EN 13262標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的R7T鋼，結(jié)構(gòu)參考國(guó)外先進(jìn)車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，呈反S形。

(3)輪對(duì)壓裝。采用注油壓裝工藝。合金鋼車軸輪對(duì)壓裝的關(guān)鍵在于過(guò)盈量設(shè)計(jì)、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(guò)盈配合的計(jì)算和選用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出輪對(duì)壓裝過(guò)盈量為0.14～0.31 mm。參考TB/T 1463—2006《鐵道機(jī)車輪對(duì)組裝技術(shù)條件》，整體輾鋼車輪過(guò)盈量為轂孔直徑的0.9‰～1.4‰，選取0.17～0.28 mm進(jìn)行試制和試驗(yàn)。車輪的剛性中心比較靠近車輪的內(nèi)側(cè)，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(shí)際壓裝試驗(yàn)，來(lái)調(diào)整、選擇注油孔的位置。

3.5 懸掛裝置設(shè)計(jì)

齒輪箱懸掛裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。驅(qū)動(dòng)齒輪箱懸掛裝置底座焊接在轉(zhuǎn)向架橫梁側(cè)面，扭力臂與底座之間分別通過(guò)銷軸、連接板過(guò)渡連接，銷軸與連接板之間均有關(guān)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(dòng)。

4 試驗(yàn)與應(yīng)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(jié)構(gòu)圖

研制的齒輪箱輪對(duì)在齒輪箱綜合試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了低速磨合、高速空載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)齒輪箱運(yùn)行平穩(wěn)，潤(rùn)滑密封可靠，噪音低。輪對(duì)壓裝后，在專用輪對(duì)壓裝機(jī)上按照鐵道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行反壓試驗(yàn)，輪對(duì)壓裝緊固力滿足要求。裝車考核后，齒輪箱輪對(duì)各項(xiàng)性能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，截至目前已經(jīng)有百余臺(tái)DWL-48型搗固穩(wěn)定車配套驅(qū)動(dòng)齒輪箱輪對(duì)在北京、上海、武漢、廣州等維護(hù)基地使用，效果良好。

[1] 劉勝新.實(shí)用金屬材料手冊(cè)[M].北京:機(jī)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(xué)歷，工程師，從事生產(chǎn)管理工作。

U216.6

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