動車組齒輪箱用液壓清洗裝置的設(shè)計

陳 琪 馬玉強(qiáng)

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

在動車組行駛過程中，齒輪箱起著傳遞動力的作用，是轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵部件之一。在齒輪箱大組裝完成后，對齒輪箱部件整體清洗尤為重要，已成為齒輪箱生產(chǎn)中的一道必要工序。根據(jù)齒輪箱生產(chǎn)工藝需要，設(shè)計了一套全自動液壓清洗裝置(見圖1)。該裝置主要用在生產(chǎn)流水線上，對齒輪箱進(jìn)行動態(tài)清洗。本文就其主要技術(shù)性能、系統(tǒng)組成及設(shè)計思路作詳細(xì)介紹。

圖1 清洗裝置實物圖

1 齒輪箱清洗工作特點

動車組齒輪箱一般為一級圓柱齒輪傳動結(jié)構(gòu)，組裝完成后的齒輪箱包括主從動齒輪、箱體、軸承、密封件及車軸。車軸貫穿齒輪箱，貫通部位采用非接觸式密封。箱體材料為鋁合金或球鐵，箱體上設(shè)有注油口和排油口。清洗過程中，齒輪箱低速正反向循環(huán)運轉(zhuǎn)，箱內(nèi)油位油量動態(tài)平穩(wěn)。

2 主要技術(shù)性能

清洗裝置的液壓系統(tǒng)提供清洗油，由齒輪箱注油口進(jìn)油，從齒輪箱底部出油孔出油。液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)油箱使用介質(zhì)為專用清洗油；(2)清洗油采用三級過濾；(3)齒輪箱沖洗清潔度達(dá)到ISO4406：99-/14/11標(biāo)準(zhǔn)；(4)各種壓力、溫度、液壓控制應(yīng)有傳感裝置與主控箱連接；(5)輔助過濾裝置實現(xiàn)自動循環(huán)；(6)系統(tǒng)回油設(shè)有磁性裝置，消除鐵屑及粉末對油泵的磨損；(7)油箱及管道材質(zhì)：碳鋼采用全封閉鍍鋅油箱，并留有清洗口；(8)系統(tǒng)噪音不大于75 dB(A)；(9)液壓站布局美觀合理，便于檢修。

電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)泵的流量大小。當(dāng)設(shè)定流量后，通過流量計在線檢測并反饋，由PLC自動調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，維持流量恒定，不需要操作者多次調(diào)節(jié)，操作簡單、方便。

控制面板上有觸摸屏實時顯示在線壓力、進(jìn)出油的瞬時流量、油箱溫度、濾芯堵塞報警等信號，還可以設(shè)定循環(huán)清洗時間。

在清洗運轉(zhuǎn)過程中，系統(tǒng)自動實現(xiàn)進(jìn)、回油流量基本相等，保持齒輪箱中油量動態(tài)平衡。在長時間連續(xù)工作的條件下，具有穩(wěn)定的技術(shù)性能。

此外根據(jù)使用需求，電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)手動控制和自動控制兩種方式。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計

(1)供油回路：該回路上設(shè)有1臺齒輪泵，1臺變頻調(diào)速電機(jī)，同時該回路設(shè)有2道精過濾，該過濾器為雙筒過濾器，工作時只有1個通道工作(一備一用)。供油管路中流量通過該回路上的流量計檢測，流量大小可通過PLC控制變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)閥控制[1]。

(2)抽油回路：該回路上設(shè)有1臺齒輪泵，1臺變頻調(diào)速電機(jī)。為了降低油污對齒輪泵工作性能的影響，保證齒輪泵正常工作，在排油口設(shè)有強(qiáng)磁過濾器進(jìn)行粗過濾。由抽油泵抽出的油經(jīng)過濾器后進(jìn)入油箱。回路上設(shè)有流量計(數(shù)顯瞬時流量)顯示抽油流量，與供油回路類似，該流量大小可以調(diào)節(jié)，以保持清洗作業(yè)時齒輪箱內(nèi)液面基本不變。

(3)自循環(huán)回路：該回路設(shè)有1臺自循環(huán)齒輪泵，1臺變頻調(diào)速電機(jī)流量連續(xù)可調(diào)，回路上設(shè)有一道半精過濾。為了給清洗油降溫，在回路上接有自動風(fēng)冷卻器，超出設(shè)置溫度范圍時會自動啟動工作。

液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

清洗裝置工作時，連接好液壓管路，打開球閥，啟動供油泵向齒輪箱供油，供油泵的流量由流量計即時顯示。供油量達(dá)到設(shè)定值后，抽油泵開始工作，并通過PLC實時調(diào)節(jié)抽油泵輸出流量，保持齒輪箱中液面動態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)排油流量低于警戒值時，清洗裝置自動停機(jī)，同時系統(tǒng)發(fā)出報警提醒操作者。

抽油回路中的油首先通過粗過濾器過濾，將油液中大于100 μm的污染物基本過濾掉，經(jīng)抽油泵后再通過精度為30 μm的過濾器過濾。抽出的油隨后進(jìn)入油箱的回油腔，通過由高性能磁鐵棒組成的磁柵對油液中的鐵質(zhì)污染物進(jìn)行過濾，最終油液流入沉淀箱，經(jīng)過重力沉淀與氣泡上浮過程達(dá)到過濾效果。過濾達(dá)標(biāo)后的清潔油再通過供油回路進(jìn)入齒輪箱，完成清潔油的循環(huán)使用。

此外，該套系統(tǒng)配有加熱器、風(fēng)冷卻器及溫度儀表，能根據(jù)設(shè)定要求自動加熱和冷卻。在油箱液位低或濾芯堵塞時，系統(tǒng)會報警提示。高精濾采用雙筒過濾器，當(dāng)一只濾芯堵塞時只要切換到另一只過濾器即可正常工作，不需停機(jī)更換。

在清洗作業(yè)結(jié)束時，系統(tǒng)會自動發(fā)出蜂鳴報警，以提醒操作者該齒輪箱清洗工序完成。

4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

電氣控制系統(tǒng)分電源、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)3個部分。廠房電源提供三相電380 V給電機(jī)，提供兩相電220 V給PLC供電，經(jīng)變壓器提供24 V電給指示燈；驅(qū)動系統(tǒng)采用3個變頻器分別控制3臺變頻調(diào)速電機(jī)；控制系統(tǒng)由控制面板、PLC及其擴(kuò)展模塊，溫度、流量、油位傳感器等控制元器件組成。

如圖3所示，用戶通過控制面板給設(shè)備下達(dá)工作指令，PLC接收指令后再將具體運行命令傳送給變頻器，從而驅(qū)動電機(jī)工作。同時，PLC還將接收液壓系統(tǒng)中的流量、油位傳感器的實時數(shù)據(jù)，即時調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)，并將設(shè)備的運行信息呈現(xiàn)在控制面板[2]。

圖3 驅(qū)動及控制系統(tǒng)框架圖

控制面板采用液晶觸控屏可實時顯示在線溫度、流量、油站壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。其中循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、流量及清洗時間、延時等參數(shù)可根據(jù)齒輪箱清洗工藝需求進(jìn)行設(shè)置。

5 使用效果

本文設(shè)計的齒輪箱清洗裝置，投入使用三年多以來，運行正常，清洗質(zhì)量穩(wěn)定。實踐證明該設(shè)備完全滿足齒輪箱生產(chǎn)的清洗需求，液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計正確、合理，液壓系統(tǒng)無泄漏，控制操作簡單方便，是一套實用可靠的齒輪箱專用清洗設(shè)備。