軌道交通牽引齒輪箱試驗技術探究

張志強 趙立建

【摘要】我國實行了列車第六次提速以及新的列車運行圖以來，列車已經逐漸的融入到全國人民的生活中，并提高國民的生活水平，改變著人們的出行方式。根據我國鐵路局的規劃，大約到2020年，我國的高速鐵路預計達到1.6萬公里甚至更多。目前動車組列車的運行時速可以達到350Km/h，實驗時速高達420Km/h.隨著車速的0不斷提高，安全性問題備受關注。齒輪箱作為驅動車輛前進的主要零件，其安全性對列車是否能安全穩定的運行有直接的影響。

【關鍵詞】牽引;齒輪箱;疲勞損傷;動力

鐵路的高速發展，我國目前已經是全世界規模最大，運行速度最高的鐵路網，動車作為主要的運營載具，它的可靠性一直是車輛設計重點考慮的問題，不同的疲勞失效都會影響到動車組列車運行的安全性。高速列車在速度很高的條件下進行工作時，它的牽引系統處于高速重載的情況。高速列車又將承受著來自車輛和軌道的震動和沖擊力，無形中給列車增加了負載量，使牽引系統的運行條件更加惡劣。齒輪箱經常會出現很多的麻煩，比如說漏油情況、油溫過高、或者齒輪箱疲勞出現裂紋，這些問題的出現會把旅客置于很危險的境地。

一、齒輪箱常見的問題

高速列車齒輪箱常見的故障有很多，比如漏油、油箱異物、油溫過高等，但是最常見的故障是裂紋。根據有效數據統計，自從2016年6月份唐山生產生產的動車組列車在武廣線發生第一起齒輪箱裂紋事故以來，到目前為止，因為齒輪箱裂紋引發的安全事故累計達到大約30起。其中武廣線多達一半以上，運行公里數最長在50多萬公里以上，京滬線裂紋故障的動車組列車最長運行公里數在130以上。在動車組列車的工作人員對車輛進行檢查后，對齒輪箱發生裂紋的位置進行了統計，大部分的齒輪箱裂紋發生在檢查恐和也為觀察窗周圍，并且裂紋的周圍都存在很嚴重的漏油情況。相關工作人員對裂紋部位進行斷口分析，情況表明裂紋的位置都有不同程度的加工問題，屬于疲勞裂紋。根據鐵科院出的具體檢查報告以及分解檢查情況來說，上箱體存在不同程度的鑄造缺陷，下箱體還有機器加工的刀痕。使得齒輪箱容易發生裂紋現象，進而造成潤滑油的泄露，潤滑油泄露軸承在沒有潤滑油的條件下運行就會使油溫繼續升高，導致安全事故的發生。所以要在源頭抑制裂紋現象的發生，保證我國的鐵路事業安全有效的運營。

二、齒輪箱的結構特點

舊的齒輪箱因為比較容易發生裂紋現象，所以對舊齒輪箱做出了改進，為了避免出現舊的齒輪箱應力集中的問題出現，把筋板連接的焊縫位置變成了圓角，（如圖1所示）連接處焊縫處理。新的齒輪箱在鑄造方面也緇出了很多改進，頁面觀察孔的位置，由舊式的方孔改為圓孔。

新式的齒輪箱在閉合方向上與舊式的相比較轉換了90度，減少了齒輪箱的連接位置有過多的焊接，新式的齒輪箱在檢查口的兩側及其上方都增加了筋板的數量，不僅檢查口局部強度增加，齒輪箱整體的結構強度也會有所增加。新式齒輪箱采用了箱底對稱的結構，為了避免列車在加速度多大時，齒輪箱發生擺尾的現象，減小油箱的體積，增加箱體內壁的厚度，齒輪箱的重量也會有一定程度的增加。

三、速度對應力值的影響

速度是高速列車最為關注的核心問題，近幾年來國家鐵路對動車的普遍提速，尤其是對齒輪箱在啟動以及制動帶來的一定程度上電信號的沖擊對齒輪箱的疲勞有著嚴重的影響。所以動車在速度變化的過程中對應力的研究是極為關鍵的。在京廣線動車組列車的應力測量值最大，它的頻譜圖在586Hz，這是造成應力測量值過大的主要原因。通過速度的不斷變化造成的動車組列車應力的變化探究頻率的原因。研究對象為深圳一北京的路線，里程數為2400公里，列車在正常運行條件下運行，最高的速度為320Km/h，測試時采用的頻率為2500Hz，通過GPS對列車的路況和數據采集的時間進行全程的把握。測試點在大齒輪箱的底部，是多次實驗下應力變化較大的位置，測量的時間為，加速、勻速、以及減速這三種情況進行綜合性分析。加速階段，速度會有連續的變化，由開始的OKm/h變化到300Km/h，在加速階段應力有很大的變化，速度平穩之后應力的變化波動比較平緩。加速階段頻率的峰值達到557Hz，與全程相比較來說，是在能量值很低的階段，在列車進行加速度的過程中，能量高頻主要在速度超過150Km/h，能量值和頻率對于速度的變化兩者是正相關的關系，速度不斷的上升，能量值也會隨之上升。勻速階段是列車正常運行最核心的階段，是齒輪箱能量變化的主要階段，速度的變化范圍一定，應力值有一定程度的變化，對于頻率為500Hz以下，主要是由軸箱的震動傳遞給齒輪箱，和加速度具有類似的某些特征。減速時車輛的應力變化和加速度相似，速度和頻率之間具有一定的線性關系。

綜上所述，齒輪箱是一個由傳動系統以及油箱、軸承等的結構系統組成的彈性機械系統，懸掛在列車的動軸上，位于列車的下部。齒輪箱的震動是判斷齒輪箱是否正常工作的重要標志，齒輪箱的震動主要是由兩方面原因造成的，一個是鑄造水平的不同，另一方面線路的運行條件也在不同程度上影響著箱體的震動。高速列車對于所用的材料是否是輕量化提出了更高的要求，齒輪箱由于結構的變化帶來的應力集中的降低以及疲勞強度的改變，沒有辦法評估列車疲勞的極限，就無法判定是否滿足疲勞的要求。為了避免漏油等情況的發生，和保障列車正常的運行發展，對齒輪箱的實驗研究就顯得極為重要。對齒輪箱的研究能有效的提高列車運行的可靠度，并且及時有效的對列車出現的異常情況和故障進行準確的判斷，在條件允許的情況下盡可能的延長齒輪箱的使用壽命，為動車組列車的安全運行提供保障。