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    【大机经验】浅析车轴齿轮箱的结构及故障处理

      发布时间:2019-05-20 02:24

      车轴齿轮箱作为铁路大型养路机械的重要部件,其选型、布局及设计质量对整机的工作性能、使用性能和检修等都有重大影响。通过对目前应用较广泛的铁路大型养路机械捣固车、稳定车的车轴齿轮箱进行分析研究,系统地阐述了车轴齿轮箱的工作原理,继而对典型故障产生的原因及检修的重点进行具体论述。

      随着铁路行业的快速发展,用于铁路修建、养护与维修的大型养路机械也得到了快速发展。目前,在我国广泛应用的铁路大型养路机械主要有以下几种:捣固车、稳定车、清筛机、配砟整形车、钢轨打磨车等。每一种机械的车轴齿轮箱根据其自身车型的工作需要,都有着自己独特的传动设计,但作为养路机械的重要部件,它们都要满足以下几点要求:①高速行驶并能迅速进出封锁区间;②自身作业走行的需要;③不同类型机械联挂运行时的需要。本文主要针对DC-32捣固车和WD-320稳定车车轴齿轮箱的工作结构及传动原理进行分析,并通过实际案例阐述故障的处理方法。

      车轴齿轮箱是传动系统中将动力传递到走行轮对上的最后一个部件,将传动轴或传来的动力降低转速、增大扭矩后,驱使轮对转动。在各种大型养路机械上,车轴齿轮箱的构造、传速比等并不尽相同,目前国内使用的WD-320稳定车的传动系统基本与DC-32捣固车相同,所以二者的车轴齿轮箱基本相同。在本文结构简介部分只以捣固车的车轴齿轮箱为例进行分析。

      DC-32型捣固车有3个车轴齿轮箱,分为主动转向架车轴齿轮箱(以下简称车轴齿轮箱Ⅰ)和从动转向架车轴齿轮箱(以下简称车轴齿轮箱Ⅱ)两种类型。DC-32型捣固车具有高速、低速两套走行传动系统,其高速走行采用液力机械传动,低速走行采用静液压传动。

      捣固车高速走行时为两轴驱动,前转向架的两轴为主动轴,其传动路线为:发动机→液力变矩器→变速箱→输出轴→分动箱→传动轴→车轴齿轮箱→车轮。

      捣固车作业走行时,为步进式捣固作业,要求频繁起动、制动或换向,其传动路线为:发动机→液力变速箱→油泵→油马达→减速箱→传动轴→动力换挡箱输出轴→传动轴→分动箱→传动轴→车轴齿轮箱→前转向架→车轮。同时,另一油马达(辅助马达)驱动后转向架的一根轴,作为辅助驱动,增加轮周牵引力。

      车轴齿轮箱Ⅰ主要由上箱体、下箱体、输入轴总成、输出轴总成和润滑系统等部分组成,其外形如图1所示。

      车轴齿轮箱Ⅰ的结构示意如图2所示。由箱体、小弧形锥齿轮输入轴、大弧形锥齿轮和轴承等组成。输入轴与小弧形锥齿轮制成一体,另一端通过花键与法兰盘相连,法兰盘经过传动轴与分动箱相接。该齿轮箱传动速比为1:4.11。

      车轴齿轮箱Ⅱ主要由上箱体、下箱体、输入轴总成、输出轴总成和离合器等部分组成,其外形如图3所示。

      车轴齿轮箱Ⅱ的结构示意如图4所示。该齿轮箱采用的是图4所示的单极圆柱齿轮模式,主要由2根轴组成。输入轴5为第一轴,其传入端与马达通过花键相连,在轴上通过花键安装一个可沿轴向滑动的小直圆柱齿轮8。车轴3为第二轴,轴上压装大直齿圆柱齿轮1,带动车轴旋转。车轴齿轮箱上安装有气缸操纵的离合器,通过推动离合器轴6上的拨叉7带动小直圆柱齿轮8移动,完成与大直圆柱齿轮1的啮合与分离。该车轴齿轮箱的传动速比为1:3.944。

      车轴齿轮箱Ⅱ安装着由气缸操纵的离合器,在高速走行时,齿轮8与齿轮1分离;在作业走行时,通过风控气缸使齿轮8与齿轮1啮合,该车轴成为主动轴。这种车轴齿轮箱由于有离合器轴的设计,因此在两种工况转换时,如果控制部分气缸不能顺利地完成齿轮8的移动,那么必将导致整个传动系统的损坏,因此,平时必须注意对离合器风缸控制部分的检查与维修。

      故障现象:XX捣固车在区间运行一段距离后,停车检查时发现Ⅲ轴齿轮箱的油位观察窗渗油严重,在更换油位观察窗后状况未能改善。

      原因分析:检查发现该车轴齿轮箱加油口顶部呼吸口被大量的油泥堵住,造成齿轮箱内部完全密封,车轮转动时形成较大负压,负压过大造成了油位观察窗润滑油渗油严重。车轴齿轮箱内部润滑油液在车辆走行时内部压力会急剧升高,需要有呼吸口与大气相通,降低内部压力。

      故障现象:XX稳定车在施工现场进行定期保养更换齿轮油,Ⅱ轴齿轮箱在放出的旧油中发现有大量铁屑,在使用内窥设备检查后,发现小弧形锥齿轮轴齿轮齿面存在剥落腐蚀情况(如图5所示)。

      原因分析:经检查初步判断该车轴齿轮箱小弧形锥齿轮轴齿轮齿面存在剥落腐蚀情况是由于小弧形锥齿轮轴存在润滑不良,在加注好润滑油后,拆开外部润滑油管,让轮对走行一段距离后发现润滑油管无油液流出,判断为该车轴齿轮箱进行压力润滑用的柱塞泵故障,在更换柱塞泵后,故障消除。因为小锥齿轮轴的前端齿轮及滚子轴承使用飞溅润滑困难,故采用压力润滑,在车轴齿轮箱内装有润滑油泵,由凸轮驱动,车轴转一周,油泵工作一次,润滑油经外部油管输送到前端齿轮及滚子轴承处进行润滑,不然将很容易因缺油烧蚀齿轮及滚子轴承,以致最后造成齿轮及齿轮箱损坏。

      故障现象:XX捣固车在长途挂运过程中,发现前转向架有较大异响,停站检查时发现过桥传动轴断裂脱落,齿轮箱的平衡杆发生严重变形,已反转摆到前端电子摆上盖上面,将电子摆上盖完全打坏。

      原因分析:现场检查发现该车轴齿轮箱平衡杆与车体悬挂扭矩支座连接的销轴断裂脱落,造成平衡杆销孔一端拖到线路上被打弯,弹起后顺时针反转打到过桥传动轴,将传动轴打断后摆到了前段电子摆的上盖上面。因为平衡杆与车体悬挂扭矩支座悬挂连接的关节轴承孔之间是通过销轴连接,需定期检查并给销轴加注润滑油,以降低对销轴及轴承孔的磨耗,避免出现更加严重的行车事故。

      故障现象:XX捣固车在施工完毕区间返回时,一号位操作手听到Ⅲ轴齿轮箱有异响,同时有烧焦的臭味逸出,实施紧急制动停车后,检查发现Ⅲ轴齿轮箱上的辅助驱动马达表面有大量稀释油迹,同时还在冒白烟,使用红外线测温仪检测发现马达表面温度高出环境温度45℃,因离车站进站信号机只有500 m距离,在尝试发现能够继续走行后,车辆以5 km/h的速度进入车站销点。

      原因分析:现场放油检查未发现铁屑及碎块,在使用内窥设备检查后发现大直齿圆柱齿轮及小直齿圆柱齿轮表面均无打齿及受损情况。但马达离合器的拨叉杆从离合器轴上脱离,掉落到箱底,因小直齿圆柱齿轮无拨叉支撑,在经过大超高曲线时,自动与大直齿圆柱齿轮接合,造成辅助马达反转,出现辅助马达温升较快,温度较高后让马达表面的油迹挥发产生“冒烟”的情况。在开箱恢复拨叉装置后,为进一步确定辅助马达是否损坏,将末级离合脱开,使用辅助马达单独驱动车体走行,发现车辆不能走行后,确定辅助马达损坏,在更换辅助马达后故障解决。

      故障现象:XX稳定车在施工现场封锁后,到达一度停车防护点停车后,再次启动发现车辆启动困难,同时从车底传来较大异响,将ZF箱末级离合器脱开后,使用红外线测温仪分别测量分动箱及Ⅰ、Ⅱ轴齿轮箱,发现Ⅱ轴温度较高,较环境温度高出58℃,同时Ⅱ轴轮对应轨面上有明显制动擦痕,初步判断为Ⅱ轴车轴齿轮箱齿轮卡滞。

      故障处理分析:在进行故障排查时,首先拆除分动箱与车轴齿轮箱连接的两根传动轴,以确定不是分动箱、减速箱齿轮卡死。然后使用千斤顶顶车轴的轴箱让轮对脱离钢轨面,使用撬棍转动轮对以确定卡死的具体车轴,确定之后对该轴进行放油检查,发现有大量铁屑及碎块,进一步确定为Ⅱ轴车轴齿轮箱齿轮卡滞。对齿轮箱进行拆解后发现小弧形锥齿轮轴的锥齿从圆柱滚子轴承处齐根断裂,锥齿有3颗被打断(如图6所示),大弧形锥齿轮有8颗齿牙被打坏(如图7所示)。在取出齿轮箱零部件和齿轮掉块后,使用双股铁丝将轴箱轴端压板横向拉紧,使该轴成为“光轴”,安全返回车站销点。

      (1)禁止将捣固车和稳定车作调机用,大机多车联挂运行不要仅以一车牵引,特别是遇到上坡更应几台车同时出力(但应注意挂档、退档操作上的同步问题,各车要加强联系),避免因主车走行齿轮箱超负荷工作而造成损坏车轴齿轮箱。

      (4)定期检查走行齿轮箱柱塞泵工作是否正常。方法是:将箱体外部输油管路的弯管接头拧松,让大机移动一段距离或者转动轮对数圈后,观察油管接头处有无明显出油,如没有则需要对柱塞泵进行拆检,找出原因加以排除。因为小锥齿轮轴的前端轴承全靠柱塞泵提供压力油来润滑,不然将很容易缺油烧蚀以致最后造成齿轮箱损坏。

      (5)对走行齿轮箱平衡杆的减振垫要加强弹性检查,适时调整压紧力,减小振动和对传动部件的不利影响。年检时应对平衡杆关节轴承孔部位以及连接销轴进行磁粉探伤,定期润滑。

      (6)对辅助驱动齿轮箱要注意气缸离合器脱、挂挡是否灵活、到位,更换油马达时注意进、出油口不能接反,否则会造成大机作业走行缓慢无力,而且现场操作者仅从外部现象上观察分析不太容易发现故障原因,给故障的排除带来不便。

      (7)如果现场发生齿轮箱严重损坏或齿轮卡滞咬死等情况,只能返回基地检修,但在现场须对已损坏的齿轮箱进行解体,拆除车轴轴系以外的零部件,将车轴上的两盘轴承、两个轴承端盖使用至少双股铁丝穿过轴端压板螺栓安装孔对向进行拉紧(至少拉紧4根)。防止运行途中轴承、轴端压板相对车轴发生相对转动后因摩擦损伤车轴,以保证挂运安全(如图8所示)。

      从以上传动结构分析来看,尽管车轴齿轮箱的结构较复杂,一旦出现故障不好排除,但是只要掌握了每种车轴齿轮箱的传动模式,就不难找出故障产生的原因和故障发生的部位,这样就能够准确地判断和排除故障。由于捣固车和稳定车在现场既有高速自运行又有低速作业走行,加之工作条件相当恶劣,出现的情况也纷繁复杂,以上所述只是近几年来对于捣固车和稳定车车轴齿轮箱在运用、管理及维修中的一些体会,可能比较片面,由于学识所限,本文很多地方还有不尽之处,敬请谅解。