大軸重機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組裝工藝

仇春如 樊 平

(中車戚墅堰機(jī)車有限公司 江蘇 常州 213000)

1 結(jié)構(gòu)說明

大軸重內(nèi)燃機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)裝置主要包括輪對(duì)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)懸掛裝置驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分，大軸重輪軸驅(qū)動(dòng)裝置示意如圖1所示。該輪軸驅(qū)動(dòng)裝置采用了承載式齒輪箱，主動(dòng)齒輪軸和電機(jī)軸均由齒輪箱體支撐，采用整體式撓性聯(lián)軸節(jié)，在主動(dòng)齒輪軸兩側(cè)對(duì)稱布置兩套圓柱滾子軸承。聯(lián)軸節(jié)與主動(dòng)齒輪軸通過端面齒傳遞扭矩，兩者通過M52專用螺栓鎖緊。主動(dòng)齒輪軸端布置四點(diǎn)球軸承，用于承受牽引斜齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的持續(xù)軸向力以及電機(jī)軸產(chǎn)生的瞬間沖擊(見圖2)[1]。

2 工藝分析

針對(duì)大軸重機(jī)車輪對(duì)生產(chǎn)過程中車輪與車軸壓裝噸位的極限， 按照AAR推薦的標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)G分冊(cè)中的RP-612部分規(guī)定為99.8-145.2 t， 壓裝曲線符合AAR G-Ⅱ《輪軸手冊(cè)》的合格曲線形狀。曲線末端尖峰不超過10 t; 電機(jī)懸掛裝置采用的整體式撓性聯(lián)軸節(jié)與主動(dòng)齒輪軸聯(lián)節(jié)采用端面齒傳遞扭矩； 齒輪箱采用承載式齒輪箱， 內(nèi)部設(shè)有軸承；整體組裝內(nèi)容相對(duì)原有機(jī)車較復(fù)雜。通過工藝分析， 輪對(duì)、 電機(jī)懸掛裝置組裝主要存在的問題如下：

(1)從動(dòng)齒輪與車軸較以往車型有較大改變，壓裝噸位可能較大，現(xiàn)有的壓裝設(shè)備不能滿足要求。

(2)因大軸重機(jī)車車輪輪徑較大，輻板結(jié)構(gòu)等方面也有差異，致使參數(shù)無法直接平移HXN5型機(jī)車車輪內(nèi)孔的加工數(shù)據(jù)。

(3)要明確主動(dòng)齒輪與聯(lián)軸節(jié)是如何定位的。

(4)首次組裝M52的專用螺栓，要明確其緊固方式采用何種工裝設(shè)備，緊固參數(shù)如何確定。

(5)要明確輪對(duì)與牽引電機(jī)組裝如何定位。

3 制定工藝方案

為解決以上工藝實(shí)施難點(diǎn)，通過前期調(diào)研，確認(rèn)了初步組裝工藝方案：

(1)從動(dòng)齒輪冷壓組裝工藝成熟，但因大軸重機(jī)車從動(dòng)齒輪輪轂厚度為276 mm，現(xiàn)有機(jī)車從動(dòng)齒輪輪轂厚度為140 mm，在試制組裝過程中應(yīng)注意相關(guān)壓裝噸位的變化；而且從動(dòng)齒輪在壓裝完后需要復(fù)測相關(guān)尺寸以保證后續(xù)組裝；

(2)在輪對(duì)壓裝時(shí)，需要對(duì)從動(dòng)齒輪、車輪的壓裝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)；

(3)牽引電機(jī)水平安裝法，即牽引電機(jī)水平放置，牽引電機(jī)安裝主軸防轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊裝置后，安裝殼體導(dǎo)向銷和大螺桿，保證齒輪箱上箱體端面齒與牽引電機(jī)端面齒的對(duì)中和組裝。齒輪箱上箱體組裝完成后將大螺桿取下，然后在聯(lián)軸節(jié)中擰入M52專用螺栓，按螺栓預(yù)緊力緊固；

(4)對(duì)M52專用螺栓進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，通過測量螺栓伸長量與螺栓應(yīng)力試驗(yàn)比對(duì)，初步掌握螺栓的伸長量與螺栓應(yīng)力成對(duì)應(yīng)關(guān)系；

(5)制作專用的齒輪箱上箱體組裝定位導(dǎo)向裝置，完成齒輪箱上箱體組裝后進(jìn)行輪對(duì)電機(jī)組裝。

4 方案的認(rèn)證

4.1 輪對(duì)組裝

車輪壓裝參數(shù)主要是對(duì)車輪內(nèi)孔加工參數(shù)和壓裝潤滑劑的選擇，需通過冷壓裝試驗(yàn)來驗(yàn)證內(nèi)孔加工參數(shù)；從動(dòng)齒輪因?yàn)槭遣少徏?，壓裝參數(shù)主要是對(duì)壓裝潤滑劑和組裝過盈量的選擇；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組裝采用地坑立式組裝，工藝較成熟。

4.1.1車輪內(nèi)孔加工參數(shù)

車輪內(nèi)孔采用螺旋線結(jié)構(gòu)，通過機(jī)床數(shù)控程序確定不同走刀量、切削深度，組裝過盈量由冷壓裝試驗(yàn)確定區(qū)間范圍，綜合上述參數(shù)以保證壓裝噸位和曲線符合要求。

4.1.2潤滑劑

解讀大軸重輪對(duì)圖紙， 該從動(dòng)齒輪組裝方式為冷壓裝， 根據(jù)AAR標(biāo)準(zhǔn)， 冷壓裝潤滑劑為WM-10和LB-0749兩種型號(hào)， 目前型號(hào)為LB-0749的潤滑劑已經(jīng)禁止進(jìn)口， 只能采用型號(hào)為WM-10的潤滑劑。 車輪與車軸組裝過盈量為(0.230～0.316)mm輪座頸直徑已確定， 車輪內(nèi)孔尺寸按過盈量中間值選配加工。 零部件準(zhǔn)備完畢后進(jìn)行車輪試驗(yàn)， 車輪內(nèi)孔加工參數(shù)及壓裝試驗(yàn)結(jié)論如表1所示。

表1 大軸重機(jī)車車輪內(nèi)孔參數(shù)及潤滑油的選擇

4.1.3從動(dòng)齒輪冷壓裝

實(shí)測從動(dòng)齒輪內(nèi)孔尺寸為?260.02 mm，車軸齒輪座外徑為?260.38 mm，從動(dòng)齒輪與車軸組裝過盈量為0.36 mm，過盈量要求為(0.318～0.400)mm。

從動(dòng)齒輪冷壓在輪軸壓入機(jī)上進(jìn)行，壓裝潤滑劑為WM-10，如圖3所示。在冷壓裝過程中發(fā)現(xiàn)該從動(dòng)齒輪未壓裝到位油壓機(jī)就停止工作，數(shù)次壓裝均如此，檢查輪軸壓入機(jī)壓裝程序及設(shè)備狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)輪軸壓入機(jī)壓裝極限噸位為200 t，在從動(dòng)齒輪壓裝噸位達(dá)到185 t時(shí)輪軸壓入機(jī)啟動(dòng)保護(hù)程序停止壓裝。后改用500 t油壓機(jī)進(jìn)行壓裝，大軸重從動(dòng)齒輪實(shí)際壓裝噸位為204 t，壓裝完成后使用大軸重從動(dòng)齒輪組裝定位樣板檢查，壓裝位置符合樣板要求。

圖3 從動(dòng)齒輪壓裝圖示

4.1.4輪對(duì)傳動(dòng)端、非傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置組裝

輪對(duì)傳動(dòng)端、非傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置如圖4所示，驅(qū)動(dòng)軸承采用軸承加熱箱加熱組裝，傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置組裝借用HXN5K機(jī)車制動(dòng)盤組裝胎組裝，其組裝工藝較為成熟，如圖5所示；非傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置組裝：防塵圈組裝完后用大軸重機(jī)車防塵圈組裝定位樣板檢查，驅(qū)動(dòng)軸承、防塵圈等依次進(jìn)行組裝，如圖6所示。

圖4 輪對(duì)傳動(dòng)端、非傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置圖示

圖5 傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置組裝

圖6 非傳動(dòng)端驅(qū)動(dòng)裝置組裝

4.1.5車輪壓裝

車輪壓裝為過盈量為(0.23～0.316)mm，壓裝潤滑油為WM-10，先壓裝非齒側(cè)車輪，后壓裝齒側(cè)車輪，壓裝完成后使用車輪組裝樣板檢查，并測量輪對(duì)內(nèi)側(cè)距及相關(guān)尺寸。

4.2 電機(jī)懸掛裝置組裝

4.2.1M52專用螺栓拉伸試驗(yàn)

根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，M52專用螺栓組裝預(yù)緊力范圍為750 kN～850 kN。由于螺栓組裝預(yù)緊力無法直接測量，需采用專用的扭矩應(yīng)力、應(yīng)變測量裝置。該緊固方法公司內(nèi)從未使用過。通過學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，了解到在組裝該專用螺栓時(shí)，通過測量螺栓伸長量與螺栓應(yīng)力試驗(yàn)比對(duì)，螺栓的伸長量與螺栓應(yīng)力成對(duì)應(yīng)關(guān)系。為此設(shè)計(jì)制作拉伸試驗(yàn)工裝并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，圖7為M52專用螺栓的拉伸試驗(yàn)方式。

圖7 M52螺栓拉伸試驗(yàn)

螺栓拉伸試驗(yàn)共進(jìn)行了6次，試驗(yàn)過程主要為螺栓在各個(gè)拉伸力的情況下，通過讀取在螺栓頭部的百分表數(shù)據(jù)，記錄其相應(yīng)的拉伸長度和應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過幾次螺栓拉伸試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的比對(duì)及分析，得出該M52的螺栓在拉伸力為800 kN的情況下，拉伸長度為0.9 mm。

4.2.2牽引電機(jī)與主動(dòng)齒輪組裝

牽引電機(jī)與小齒輪組裝方式采用的是牽引電機(jī)臥式組裝，端面齒處需制作導(dǎo)向裝置方便小齒輪軸與電機(jī)主軸的對(duì)中及安裝。其次在牽引電機(jī)端面尺側(cè)，利用端面齒內(nèi)部的螺紋制作大螺桿進(jìn)行導(dǎo)向。方便主動(dòng)齒輪端面齒與牽引電機(jī)端面齒的對(duì)中和組裝(見圖8)，主動(dòng)齒輪組裝完成后組裝M52專用螺栓，M52專用螺栓最終組裝伸長量為0.82 mm，螺栓壓力為42 MPa(見圖9)，螺栓組裝完成后組裝端面球軸承和端蓋，完成電機(jī)懸掛裝置組裝。

圖8 定位導(dǎo)向銷圖9 主動(dòng)齒輪鎖緊工裝組裝

4.2.3齒輪箱組裝

電機(jī)懸掛裝置組裝完成后，將輪對(duì)吊運(yùn)至牽引電機(jī)上，進(jìn)行輪對(duì)和齒輪箱組裝，該組裝工藝較成熟(見圖10、圖11)，大軸重機(jī)車電機(jī)懸掛裝置跑合試驗(yàn)采用機(jī)車制造公司之前的交流電機(jī)輪對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)，并按照QSJZ29-50JT 的要求執(zhí)行。

圖10 輪對(duì)電機(jī)組裝圖11 齒輪箱組裝

5 總結(jié)

大軸重機(jī)車輪對(duì)、電機(jī)懸掛裝置組裝完成后進(jìn)行了輪軸驅(qū)動(dòng)跑合試驗(yàn)，完成了大軸重機(jī)車轉(zhuǎn)向架輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的所有項(xiàng)點(diǎn)，整個(gè)試驗(yàn)過程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)良好，標(biāo)志著大軸重機(jī)車轉(zhuǎn)向架輪軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研制項(xiàng)目圓滿完成，該工藝的研究解決了大軸重內(nèi)燃機(jī)車輪對(duì)組裝工藝，特別是該全新結(jié)構(gòu)的電機(jī)懸掛裝置組裝工藝，為公司開拓大軸重內(nèi)燃機(jī)車市場奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。