摘要：传动齿轮箱作为高速列车动力系统的关键部件,随齿轮转速的提高,齿轮箱内的工作条件急剧恶化。此外,齿轮箱在运行时还承受牵引电机的扭矩及线路带来的振动冲击,由于运行工况较为复杂,在运用过程中,齿轮箱是转向架中故障率较高的零部件之一,其性能直接决定了转向架的运用性能。
关键词：动车组；齿轮箱；轴承故障；措施
1齿轮箱结构分析
齿轮箱主要组成部件包括齿轮箱箱体、密封件、轴承、齿轮、轴承座、接地装置及吊杆。大齿轮压装在车轴上,大齿轮轴承通过大齿轮轴承盖与齿轮箱体和车轴连接,确保车轴、大齿轮和齿轮箱体相对转动。小齿轮轴通过轴承、轴承盖安装在齿轮箱体中,小齿轮与大齿轮啮合传递动力。齿轮箱吊杆与构架连接。小齿轮轴伸出端通过联轴节与牵引电机实现柔性连接,将牵引电机的动力传递到车轴上,带动车辆运行。为降低簧下质量,齿轮箱采用铸造铝合金箱体。齿轮和轴承的润滑均使用黏度等级75W-90系列润滑油,采取大齿轮旋转带动的飞溅润滑方式,设计注油量为中油位2.5L。大齿轮和小齿轮侧的轴承均为圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承采用面对面布置方式,可以满足径向、轴向载荷要求,组装拆卸较为方便,通过调整轴承座与箱体间的调整垫片控制轴承游隙。
2齿轮箱轴承损坏原因分析
2.1齿轮箱弛缓线错位原因分析
通过现场试验验证,弛缓错位过程如下:齿轮箱低温运转状态下,轴承内圈相对车轴存在一定温差,当受到线路异常冲击时,轴承负载(径向力、轴向力)将超出正常运用载荷,该负载通过滚子传递给内圈,此时内圈承受的滚子旋转带来的端面滑动摩擦力矩及滚道面摩擦力矩,超出内圈正常组装状态下所能保证的传递扭矩,最终引起内圈轻微蠕动,日积月累,弛缓线错位明显。
2.2齿轮箱油乳化发黑原因分析
根据现场润滑油样和现场磁性油栓吸附物的分析结果,结合动车组运用区间的线路工况(动车线路为有砟轨道,高铁线路为无砟轨道),认为润滑油变色的主要原因是外界的粉尘、煤灰等从齿轮箱通气器或者密封处吸入箱体内部而导致,尤其在动车组车辆通过隧道时齿轮箱通气器处形成负压,粉尘、煤灰等污染性微小颗粒易随气流倒灌至齿轮箱内部并造成润滑油发黑。
2.3齿轮箱PW侧轴承保持架脱出原因分析
根据问题轴承调查情况、现场截油环乙退卸过程调查、跌落试验结果及复现试验结果,确认导致车轮侧轴承保持架、滚珠与轴承内圈分离的原因为保持架受到外力作用所致。结合武汉检修基地截油环乙工装为保持架与工装刚性接触的实际情况,且当退卸压力机出现故障时会导致车轮侧保持架直接承受压力机压力的情况,判断导致本次小轴组成车轮侧轴承保持架脱落的原因,主要是在退卸轮对齿轮箱小轴截油环乙时,压力机发生异常,持续向下作用,导致车轮侧保持架受力变形,进而造成保持架与内圈脱开并在滚子小端形成压痕现象。
3试验验证
3.1采用原润滑油开展试验验证
对动车组齿轮箱采用原润滑油开展了4项试验验证:故障复现试验、不同小轴承游隙下对比试验、大注油量/不同温度下对比试验和破坏性试验。
试验结论:(1)模拟动车组事故运行工况进行试验,故障复现;(2)增加注油量可明显改善小轴承润滑条件。
3.2采用新品种润滑油开展试验验证
选取新品种润滑油开展对比试验。试验齿轮箱小轴承游隙调整为下限值,分别在不同注油量、不同环境温度下开展试验对比。对比试验项点包括:油品低温性能、故障复现试验、低油量低温高速试验、不同温度下最大负载反转急加速试验、不同油量下低温高速运行试验、低油量不同温度下最大扭矩试验、-25℃高油量高速运行试验和+40℃高油量高温特性试验。
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3.3试验结论
1对试验结果进行分析,得出以下结论:
(1)在相同的温度条件下(≤30℃),新润滑油的黏度较原润滑油的黏度低,流动性较好。
(2)在相同的试验条件下,增加润滑油注油量,明显改善齿轮箱小轴承润滑条件;
(3)采用原润滑油,进行故障复现试验,增大小轴承游隙同样无法避免小轴承烧损,小轴承游隙并非导致小轴承烧损的主要因素。
试验验证表明:在齿轮箱参数不作变更的情况下,更换为低温性能更好的新润滑油及增加注油量后,能满足-25℃低温环境下的正常运用要求。
4齿轮箱典型故障预防措施
4.1齿轮箱弛缓线错位预防措施
对弛缓线错位齿轮箱分解检查结果表明,除车轴的轴承安装座部位有轻微蠕动痕迹外,所有配合部件状态良好。车轴上虽存在蠕动痕迹(部分黑色物质为轴承表面磷化膜脱落),但由于该部位为压装配合部位,故不会发生疲劳扩展,车轴的日常超声波探伤亦可及时发现异常现象。在检修故障齿轮箱时,将轴承内圈加压作业时悬浮齿轮箱,使车轴处于竖直状态,且在内圈热装后于车轴同温后(约10min)再加压,从而确保内圈与大齿轮箱密贴。
4.2齿轮箱油乳化发黑预防措施
对发生润滑油乳化的齿轮箱,按使用维护手册的作业要求,将润滑油排净后重新加注新润滑油恢复使用,并保持运用跟踪;对发生润滑油发黑的齿轮箱,按使用维护手册的作业要求,将润滑油排净重新加注新润滑油,以及更换通气器内被污染的滤芯,并保持运用跟踪。后续对极端气候条件下现有通气器结构进行优化;增加二级修通气器临修检修项目,再检查齿轮箱油的状态,适时开展检修。
4.3齿轮箱PW侧轴承保持架脱出预防措施
临时预防措施:优化小轴截油环乙工装,在工装底部放置白色尼龙板进行缓冲,当截油环乙从小齿轮轴组成上完全退出后,小齿轮轴组成会完全落入工装内部,避免退卸截油环乙时车轮侧轴承保持架与工装刚性接触。
最终预防措施:对现有截油环乙退卸工装(包含一套支撑台,一套支撑筒底座)进行系统改造,支撑筒底座调质处理,表面发黑,支撑台底板发黑处理,支撑台承受25kg重物时能够收缩自如,压缩量约为自然长度的三分之一,确保设备在故障工况时也不会导致轴承保持架受到损伤。
4.4检修制度
动车组轴箱轴承免维护工作性能(无需重新注油)不低于120万公里。轴承实行计划预防修的检修制度,按照走行公里数或运营时间(与各平台动车组高级对应)制定不同等级的修程方案。当轴承进行故障检修时,须根据故障现象及原因进行状态检修或分解检修。
结论
分析动车组齿轮箱轴承损坏的原因,通过对比试验确定造成动车组齿轮箱圆锥滚子轴承损坏的主要原因是润滑油低温性能较差且齿轮箱注油量偏少,通过更换低温性能更佳的润滑油且适当增加润滑油加注量解决了轴承损坏的问题。通过过程调查、拆解检查、轴温数据分析、失效机理和因素排查以及轴承结构分析,认为导致小轴侧轴承烧损的原因为低温环境下小轴承润滑条件较差,造成轴承滚子大端面与内圈大挡边间的润滑油油膜短时不连续、润滑不良,导致轴承烧损破坏。
参考文献：
[1]刘杰.关于CRH5型动车组牵引系统故障分析及维保的探讨[J].中国战略新兴产业,2017(32):106.
[2]罗光兵.高速动车组转向架轴承故障诊断分析[J].机械工程师,2017(06):148-150.
[3]张锦锦.动车组齿轮箱油液检测与故障诊断系统的研究[D].兰州交通大学,2017.
[4]李佳睿.动车组轴箱轴承早期故障诊断算法研究[D].北京交通大学,2017.
[5]王艳爽,王靖.浅谈动车组轴箱轴承检修技术[J].黑龙江科技信息,2017(04):90.
[6]韩庆利,李国栋,赵文学.高速动车组轴箱轴承温升故障分析[J].机车电传动,2017(01):115-117.
论文作者:王波 曹田野 赵中强
论文发表刊物:《科技新时代》2018年12期
论文发表时间:2019/2/18
标签：齿轮箱论文; 轴承论文; 内圈论文; 润滑油论文; 车组论文; 车轴论文; 齿轮论文; 《科技新时代》2018年12期论文;