CRH2型動車組齒輪箱五級修工藝研究及優化

蘇浩，王喆，王啟平，呂信東，毛貴寶

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

0 引 言

動車組齒輪箱是轉向架的核心部件，是負責高速動車組能量轉換與傳遞的核心單元，其工作性能直接影響到高鐵列車運行的安全性和可靠性，是高鐵列車跑出高速度的關鍵之一[1]。列車運行過程中，由鋼軌線路不平順造成的輪軌作用力會加劇齒輪箱的振動，并直接影響到齒輪箱的強度性能[2]，因此齒輪箱檢修是保障運營安全的重要環節。

CRH2型動車組車軸的各嵌合零部件包括大齒輪、軸承、集電環、擋油環（甲）、擋油環（乙）等，為方便標記，齒輪箱大軸靠電動機的一側稱為GM側，靠車輪的一側稱為GW側。對于動車組檢修作業，齒輪箱五級修與四級修相比，主要增加了軸承和擋油環的更換要求[3]，GM和GW側的擋油環（乙）均需更換，其更換過程較為繁瑣，尤其GM側軸承蓋需要預組、測量游隙、分解并再次組裝，作業工藝尚存在可優化之處。

1 集電環、擋油環（乙）檢修工藝流程

1.1 GM側擋油環（乙）和集電環拆解、檢修及預裝

將齒輪箱平放在通用支撐工裝上，拆解并取出集電環箱和GM側軸承蓋，把電磁感應加熱器套在車軸長端（齒輪箱M側）的集電環和擋油環（乙）處。打開電磁感應加熱器的電源加熱后，戴手套迅速扭動擋油環（乙）和集電環并將其拉下來。

將GM側軸承蓋和擋油環（乙）拆解后，檢查齒輪箱大軸軸承狀態，同時清理和打磨齒輪箱表面的不平點。然后，在軸承蓋上組裝調整墊和O形圈，并套在車軸上準備安裝。安裝時首先擺正齒輪箱，并在軸承蓋上組裝引導螺栓，然后使用橡膠錘敲擊，使其裝入箱體孔，完成GM側軸承蓋的預裝。

1.2 GW側擋油環分解、組裝

齒輪箱GM側分解、檢修、預裝完成以后，將齒輪箱組成平放到分解專用工裝上，對齒輪箱GW側軸承蓋進行分解。GW側的工藝流程，除無需分解集電環以外，其余均與GM側相同。最后，組裝軸承蓋，安裝螺栓，刻打轉矩，捆綁防松鐵絲，完成GW側軸承蓋的安裝。

1.3 調整大軸軸向游隙

將車軸齒輪箱組成放入立裝工裝，靜置后測量齒輪箱大軸游隙，然后拆下GM側軸承蓋，并根據數據結果，對調整墊片進行調整，最終完成GM側軸承蓋的安裝。

2 集電環、擋油環（乙）退卸存在的問題

2.1 配合同軸度下降

直接手動退卸擋油環（乙）和集電環時，即使加熱松動，也很難將集電環退卸。另外，由于軸承蓋空間的限制，手動退卸擋油環（乙）和集電環的空間太小，必須先拆除GM側軸承蓋，才能將擋油環（乙）和集電環退卸。而拆除軸承蓋以后，組裝時齒輪箱無法立裝，導致整個分解和組裝過程都是在平裝狀態下完成。

由于箱體孔與軸承蓋是過渡配合，在重力的作用下，平裝會使其配合同軸度下降。

2.2 退卸效率低

退卸GM側擋油環（乙）和集電環時，由于集電環前端存在污垢，或集電環與車軸某處可能存在粘連，集電環不能每次都順利退卸，退卸成功率只有約80%。若首次退卸失敗，需至少等待30 min，車軸冷卻后才能通過加熱方式再次退卸。二次退卸仍有約15%的概率退卸失敗，需要1 h后才能對擋油環（乙）和集電環繼續進行加熱退卸。

因此，反復加熱后退卸失敗的情況，對生產節拍及作業效率產生了明顯沖擊。

3 集電環、擋油環（乙）退卸工裝設計

3.1 退卸工裝的設計思路

制作工裝的目的是防止燙傷雙手，并實現擋油環（乙）和集電環一次退卸成功，提高工作效率，保證生產節拍及產品質量。

工裝設計思路為設計馬鞍形卡盤，利用擋油環（乙）與擋油環（甲）接觸處存在的2.5 mm×2.5 mm凹槽，為工裝設置2 mm×2 mm的凸臺與凹槽配合，使工裝與擋油環（乙）的接觸面契合，構成接觸受力關系。

同時，工裝設置兩個拽錘，使用時雙手握住拽錘，軸向快速沖擊，使擋油環（乙）受軸向沖擊力，完成退卸。

3.2 退卸工裝的三維設計

馬鞍形卡盤如圖1所示，其內圈設計有2 mm×2 mm的凸起，該凸起與擋油環（乙）、擋油環（甲）之間的凹槽相配合。

圖1 馬鞍形卡盤

同時，設置兩個拽錘，用于給工裝提供適當沖擊，將擋油環（乙）退卸下來，如圖2所示。

圖2 退卸工裝的拽錘示意圖

3.3 退卸工裝的制作

馬鞍形工裝采用40Cr材質，調質處理。工裝具有良好的綜合力學性能和低溫沖擊韌性。圖3為制作完成的擋油環（乙）退卸工裝實物圖。

圖3 擋油環（乙）退卸工裝實物圖

3.4 退卸工裝的運用試驗

為驗證工裝效果，將齒輪箱平放在通用工裝上，拆解集電環箱，但不分解齒輪箱大軸軸承蓋。使用電磁感應加熱器加熱擋油環（乙）和集電環，然后，快速將馬鞍形退卸工裝置于擋油環（甲）與擋油環（乙）之間的凹槽內，雙手握住拽錘，快速軸向沖擊，產生軸向沖擊力，可以輕松拆解GM側擋油環（乙）及集電環，如圖4所示。

圖4 退卸工裝的運用

由于采用工裝分解兩側擋油環（乙）無須分解軸承蓋，因此，退卸擋油環（乙）及集電環后，即可將齒輪箱放入立裝工裝，即齒輪箱的平裝工藝轉換為立裝。

將齒輪箱立起后，拆除GW側軸承蓋，檢查齒輪箱大軸軸承狀態，同時清理和打磨齒輪箱表面的不平點。然后裝上調整墊和O形圈，組裝軸承蓋，安裝螺栓，刻打轉矩，捆綁防松鐵絲，完成GW側軸承蓋的安裝。

然后，將齒輪箱翻轉，車軸長端向上。靜置8 h后，對齒輪箱大軸游隙進行預測量，再分解GM側軸承蓋，齒輪箱組裝時可預計算軸承蓋調整墊片的厚度，實現GM側一次組裝到位，避免了反復調整游隙導致的重復分解及組裝。

4 新工藝的優化效果

4.1 提高產品質量

未使用退卸工裝時，由于空間和人力的局限性，必須先拆除齒輪箱大軸軸承蓋，才能退卸擋油環（乙）。而軸承蓋退卸后，齒輪箱無法再采用立裝的方式進行組裝，只能采用平裝。但由于箱體孔與軸承蓋是過渡配合，在重力影響下，平裝會使其配合同軸度下降。

使用退卸工裝后，擋油環（乙）及集電環不受軸承蓋的限制。退卸擋油環（乙）及集電環后，軸承蓋無須拆解，從而可將齒輪箱直接吊運到立裝臺位，進行后續分解、檢修、組裝工作。

齒輪箱從平裝到立裝的工作方式的變化，改變了齒輪箱體及車軸的受力方向，使齒輪箱體孔與軸承蓋的配合同軸度提高。

4.2 提高工作效率4.2.1 降低勞動強度

未使用退卸工裝時，齒輪箱平裝。操作人員需彎腰或采用蹲姿對齒輪箱箱體、齒輪箱各個組件進行打磨，消除高點毛刺。連續不斷的彎腰、蹲起不僅增加操作人員的勞動強度，且在清理軸承蓋安裝面時，需要人工拿紙防護齒輪箱體孔，防止污漬落入齒輪箱，降低了齒輪箱的檢修效率。

使用擋油環（乙）退卸工裝后，齒輪箱的分解檢修工作由平裝改為立裝，操作人員無須彎腰作業，且齒輪箱體孔在防護工裝的保護下，規避了異物進入的風險，在降低操作人員勞動強度的同時，提高了工作效率和產品質量。

4.2.2 減少重復作業

未使用擋油環（乙）退卸工裝時，齒輪箱在平裝下分解、檢修和組裝，無法預測量齒輪箱大軸游隙，只能在齒輪箱組裝時根據經驗安裝軸承蓋調整墊片，導致齒輪箱組裝完畢后，大軸游隙往往不符合標準范圍，需要反復拆解大軸軸承蓋，調整游隙。

而使用退卸工裝拆解擋油環（乙）及集電環后，齒輪箱由平裝改為立裝，此時即可測量大軸游隙，為其分解再組裝時提供參考數據，極大降低了組裝完畢后大軸游隙不符合要求的比例，減少了重復作業，提高了工作效率。

5 結 語

在我國鐵路行業高速發展和“一帶一路”的政策背景下，動車組造、修產業承擔了前所未有的歷史使命，國內生產及需要檢修的動車組數量逐年遞增，屢創新高。動車組檢修將逐步成為支柱性產業，持續進行工藝優化具有不容置疑的必要性，也必將在工業制造的提質增效及精細化管理中發揮重要的作用。本文針對CRH2型動車組五級修工藝中存在的不足，設計并應用了一種新型退卸工裝，優化了齒輪箱集電環、擋油環（乙）的分解組裝工藝，從而提高了齒輪箱五級修一次性組裝合格率及工作效率，在工程應用中達到了預期效果。