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1、动车组齿轮箱检修及故障模式浅析赵硕，冯继坤，马志颖，王建华中车唐山机车车辆有限公司摘要：齿轮箱为高速动车组动力转向架的核心部件，在复杂的服役工况下不可避免存在各种故障。本文简要介绍了齿轮箱的检修要求，重点对齿轮箱常见故障模式进行了分析，包括箱体渗油、润滑油乳化、轴承高温等，并提出了相应的处理建议进行参考。关健词：高速动车组；齿轮箱；检修；故障模式自动车组投入运行以来，极大地方便了人民的出行。转向架作为动车的走行部分，对动车组的基础性能有直接影响。齿轮箱为动力转向架的传动部件，其主要作用是将驱动电机的转速和扭矩按照一定的比例传递到动车轮对上，依靠轮轨间的摩擦力驱动动车前进，是高速动车组能量转换与
2、传递的核心单元。齿轮箱的工作性能直接影响列车运行的安全性与可靠性，是高速动车组跑出世界速度的关键之一叫1齿轮箱检修动车组实行计划性预防修的检修体制，分为五级修程；一、二级检修为运用检修，三、四、五级检修为高级检修，高级检修在具备相应检修资质的检修单位进行巴齿轮箱三级修包括清洗、外观检查、更换注排油堵垫片等；四级修、五级修进行分解检修，包括拆解、清洗、检修、组装、例行试验、涂装等工序。分解修中轴承、紧固件、迷宫密封件、叠层弹簧等作为必换件处理，C形支架高应力区、吊杆体、箱体机械加工面及主从动齿轮面进行探伤检查。2齿轮箱故障模式分析故障模式是分析故障原因的重要依据，同时也是产品研制过程中的坚实基础
3、，在产品设计的过程中，为保证产品整体性能，应综合考虑组成系统的各部件中潜藏的故障模式及这些故障对系统的影响，判断后果的严重性，并制定具有针对性的预防措施，从而将故障所带来的后果控制在可控范围之内巴赵琦叫艮据相关企业保存的维修数据对齿轮箱的故障模式进行了统计,如表Io表1齿轮箱故障模式统计表序号故隙模式频次/次百分比1齿轮箱渗油1246.2%2齿轮箱油温度过高415.4%3齿轮箱润滑油乳化415.4%4齿轮箱油位偏低27.7%5齿轮箱大齿轮齿面剥离13.8%6齿轮箱磕碰伤27.7%7齿轮箱磁栓沾满铁屑13.8%2.1渗油故障引起齿轮箱渗油的原因主要有两种,一种是由于动车组长时间高速运行轴承摩擦所
4、产生的热量在较为封闭的箱体内部难以有效散发，致使箱内油温升高、压力变大，储存在箱内的油液或油气从缝隙中渗出；另一种是在检修的过程中，没有及时发现故障，或部分动静配合面缺少密封装置，或润滑系统中没有设置回油路径，从而导致渗油。因此在齿轮箱检修过程中要严格按照检修规程进行作业，对各密封部位组装质量严格卡控，改进迷宫密封结构，增加迷宫层级,定期对齿轮箱进行维护保养叫2.2轴承温度过高轴承摩擦损失在轴承内部几乎都变为热量使轴承温度上升,单位时间内摩擦产生的热量可用下式计算e三1.05xl（4M式中Q一单位时间内的发热量，KW;M-摩擦力矩，Nm1.1 轴承转速，r/min轴承的工作温度是由发热量和散热
5、量的平衡决定的。通常情况下运转初期会急剧上升,经过一段时间后，才会趋于稳定。齿轮箱达到热平衡所需时间与轴承的发热量，轴承座（或箱体）等的热容量、冷却面积、润滑油量、环境温度等相关。由于影响轴承温度的因素繁多，因而，定量确定出轴承温度值比较困难，通常是实时测量，如在齿轮箱箱体加装监测轴承温度的传感器。图1为某型动车组齿轮箱350kmh加载型式试验结果，试验时间为720mino从图1可以得到，在齿轮箱运行初期轴承升温较快，后期趋于平稳，温度不再增加，即达到了热平衡状态。图1齿轮箱35Okmh加载试验结果轴承运转一定时间后，温度不能达到稳定状态时，可判断发生异常。温度异常的可能原因有：轴承（力矩载荷
6、）、游隙过小、预紧量过大、润滑剂过多或不足、杂质混入轴承内部或密封装置等。有关学者研究表明新干线时速35Okmh的高速动车组齿轮箱的油温可达到150C。对于高速列车而言，平衡温度直接影响齿轮箱的使用性能，高温可能会导致齿轮箱的密封失效，并对齿轮和轴承的润滑产生严重影响，使齿轮箱的寿命降低甚至失效。YoshioTERAUCHI等建立了齿轮箱的热平衡模型，求得了热平衡时润滑油的温升，并与实验进行了对比，得出润滑油温升随着转速、负载以及润滑油粘度的增加而增加巴2.3 润滑油乳化润滑油乳化主要是齿轮箱内部进入水分导致的，尤其是高寒车组。图2为齿轮箱润滑油乳化状态。动车组在库内融冰除雪时高压水枪会对迷宫
7、的防水性能造成影响，此外车组运行时齿轮箱表面覆盖雨雪混合物融化也会导致齿轮箱润滑油乳化,根本解决途径就是优化改进齿轮箱迷宫密封结构，如在齿轮箱端盖增设导水槽及鼠牙，增大排水口孑Le,避免雪水进入迷宫内部又能及时将渗入水份排出，如图3所示。图2.齿轮箱润滑油乳化图3.迷宫密封结构示意图2.4 油脂发黑齿轮箱油脂发黑，主要来自于轴承的异常磨损，需要测试铁含量。根据弗兰德齿轮箱用户手册要求，对于铁含量超过350ppm的齿轮箱需更换油处理，5万公里之后再次取油样测试，对于铁含量超过5OOppm的齿轮箱需更换油脂处理，2.5万公里之后再次取油样检测，之后对比两次检测的结果，如果铁含量增加了25%则需要更
8、换轮对分解齿轮箱九2.5 齿面剥离引发齿面剥离的原因主要有润滑不良、振动疲劳、润滑油混入杂质、润滑油乳化、齿轮啮合不平稳等。润滑不良、润滑油混入杂质、齿轮啮合不良都会增加齿面之间的磨损使齿面出现点蚀、点蚀进一步发展齿面便剥离。对轴承施加适当的预紧力有助于减轻齿轮的振动疲劳。滚动轴承的预紧，是指安装轴承时使轴承滚动体和内、外圈之间产生一定的初始压力和预变形，以保持轴承内、外圈均处于压紧状态，使轴承在工作载荷状态下运转。预紧目的是增加轴承的刚度；使旋转轴在轴向和径向正确定位，提高旋转轴的精度；降低油的振动和噪声，减小由于惯性力矩所引起的滚动体相对于内、外圈轨道的滑动；补偿磨损造成的轴承内部游隙变化
9、；延长轴承寿命。此外，在箱体结构设计时，应保障箱体自身频率与外界频率错开，以免发生共振。2.6 磕碰伤动车组在运行过程中由于线路、天气等外部因素的影响，线路上的飞石有时会对齿轮箱等部件造成磕碰伤。针对此情况，各型动车组齿轮箱都有明确的磕碰标准，因此在对动车组齿轮箱进行检修时要严格按照部件磕碰标准进行检修；另外，动车组在运用过程中针对极端天气，要合理控制车速，并安排相关人员对线路进行维护，将齿轮箱磕碰风险降至最低72.7 其他故障除了上述常见齿轮箱故障外，发生在动车组齿轮箱上的故障还有箱体裂纹、防水挡圈脱出、传感器探头渗油等。箱体裂纹可能是箱体强度不足，或箱体有原始铸造、机加缺陷疲劳损伤造成的，
10、可通过增加箱体强度，改善铸造工艺等避免箱体裂纹出现；防水挡圈脱出可能是齿轮箱长时间运行后防水挡圈偏磨热膨胀加上箱体振动造成的,可适当增大防水挡圈与轴的配合过盈量、合理设计迷宫环间隙进行改善；传感器探头渗油是探头与箱体密封不严造成的，可优化密封胶涂打工艺或增加合适的密封垫解决。3结束语本文简要介绍了高速动车组齿轮箱检修要求，针对齿轮箱常见故障模式展开论述，为后续齿轮箱设计、制造、检修及故障分析提供参考。参考文献1阙红波、金思勤.中国高速动车组齿轮箱的发展及展望J.高科技与产业化，2018(8):32-36.2铁总机辆2018211号+中国铁路总公司关于印发和谐3型动车组高级修检修规程的通知.3张强.动车组转向架检修库三级修工艺布局优化的思考外科技资讯，2014(27):59-59.4赵琦.动车组转向架关键零部件三级修常见故障及检修技术研究J.学术研讨，2019,2:201-202.5罗义.CRH380A型动车组转向架检修及分解工艺J.科技创新导报,2015:88-88.6成大先机械设计手册.第六版.第2卷.北京：化学工业出版社，2016.7陈浩.国家铁路产品质量监督检验中心动车组转向架齿轮箱组成产品质量检测报告.2018.8李枫.高速动车组转向架齿轮传动系统的仿真分析与实验研究D.上海：上海交通大学，2014.9孙卓奇.高速列车转向架维修性研究D.成都：西南交通大学，2017.
