深圳地鐵5號線國產(chǎn)化齒輪箱檢修工藝優(yōu)化

邱永紅，邱仕勇，姜宇飛

1.株洲九方裝備驅(qū)動技術(shù)有限公司 湖南株洲 412001

2.株洲九方裝備股份有限公司 湖南株洲 412001

1 序言

深圳地鐵5號線國產(chǎn)化齒輪箱（以下簡稱深5國產(chǎn)化齒輪箱）是中車株洲電力機(jī)車有限公司（以下簡稱中車株機(jī)）2010年地鐵齒輪箱國產(chǎn)化項(xiàng)目的產(chǎn)品，共組裝8列車，其余齒輪箱為福伊特與安捷達(dá)提供的進(jìn)口齒輪箱。目前已進(jìn)入輪對大修年限，經(jīng)過我公司十幾年的現(xiàn)場運(yùn)行跟蹤及與客戶的溝通了解，國產(chǎn)化齒輪箱在線運(yùn)行情況漏油嚴(yán)重，約60%存在不同程度的漏油；同時20%進(jìn)口齒輪箱也存在漏油現(xiàn)象。通過與中車株機(jī)維保部、深圳地鐵公司深入技術(shù)溝通后，最后確定由我公司進(jìn)行試修。

本文以深5國產(chǎn)化齒輪箱檢修為例，針對系統(tǒng)解決檢修齒輪箱漏油、異響等問題，提供一種具有實(shí)際參考價值的檢修技術(shù)方案。

2 檢修前現(xiàn)狀調(diào)查

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查與用戶交流，深5國產(chǎn)化齒輪箱運(yùn)行過程中主要存在或發(fā)生過以下問題（見圖1～圖8）：小齒輪端蓋與齒輪箱結(jié)合面、齒輪箱大齒輪動密封處、合箱面、下箱體觀察蓋與油位鏡等多處滲油，潤滑油發(fā)黑，小齒輪軸軸承燒損，以及定位銷斷裂等。

圖1 小齒輪端蓋與齒輪箱結(jié)合面滲油

圖2 齒輪箱大齒輪動密封滲油

圖3 合箱面滲油

圖4 下箱體觀察蓋滲油

圖5 油位鏡處滲油

圖7 小齒輪軸軸承燒損

圖8 定位銷斷裂

3 原因分析

（1）漏油問題 小齒輪端蓋結(jié)構(gòu)如圖9所示，大齒輪動密封結(jié)構(gòu)如圖10所示，結(jié)合面上有O形密封圈，組裝時端蓋與箱體結(jié)合面之間涂樂泰密封膠，端蓋、擋油環(huán)與箱體由回油孔聯(lián)接。

圖9 小齒輪端蓋結(jié)構(gòu)示意

圖10 大齒輪動密封結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)理論分析以及檢修拆解檢查、技術(shù)分析，確定了造成小齒輪端蓋、大齒輪動密封處、合箱面、觀察蓋及油位鏡漏油的主要原因如下。

1）結(jié)合面密封膠涂抹不均勻、存在凸點(diǎn)或緊固螺栓受力不均而導(dǎo)致結(jié)合面未完全貼合，未達(dá)到密封效果。

2）端蓋處O形密封圈壓縮量過小或安裝時被箱體刮傷，造成O形密封圈失效。

3）理論上大齒輪端蓋處回油孔被軸承堵塞50%，造成回油不通暢。

（2）油發(fā)黑問題 針對問題進(jìn)行分析，認(rèn)為造成該問題的原因如下。

1）齒輪箱內(nèi)清潔度較差。

2）齒輪箱內(nèi)有異物，齒輪和軸承異常磨損。

3）軸承定位銷斷裂，軸承外圈與齒輪箱相對滑動，安裝面有磨損。

4）輸出軸軸承外圈與齒輪箱安裝孔間隙過大，有周向轉(zhuǎn)動而造成安裝孔磨損。

（3）小齒輪軸承燒損、定位銷斷裂問題 前期用戶與中車株機(jī)反饋出現(xiàn)過小齒輪軸承燒損、定位銷斷裂問題。經(jīng)過拆解檢查和結(jié)構(gòu)分析，確定小齒輪軸承燒損是由于端面螺紋孔攻螺紋深度不滿足圖樣要求，壓蓋螺栓未擰入到位，螺栓支撐面未與壓蓋貼合，因而預(yù)緊力未作用在壓蓋上，螺栓在使用過程中發(fā)生疲勞斷裂，造成軸承竄動、燒損，小齒輪軸抱死。經(jīng)前期故障檢修分析，確認(rèn)軸承定位原使用的是彈性圓柱銷為空心銷，承受載荷較小，車輛運(yùn)行時軸承外圈有周向轉(zhuǎn)動的趨勢，空心銷容易發(fā)生斷裂而導(dǎo)致定位銷斷裂。

4 檢修方案

4.1 檢修要求及工藝方案

深5國產(chǎn)化齒輪箱檢修原則上必須原拆原裝，軸承、緊固件和密封圈等標(biāo)準(zhǔn)件必?fù)Q，檢修報廢更換的零部件性能需符合原設(shè)計功能要求、圖樣要求或者檢修技術(shù)文件的要求。

根據(jù)深5國產(chǎn)化齒輪箱存在的問題，最終確定了檢修工藝流程為：外觀狀態(tài)檢查→例行試驗(yàn)→齒輪箱拆解→零部件清洗→零部件檢修→齒輪箱組裝→例行跑合試驗(yàn)→齒輪箱油漆、精整[1]。

重點(diǎn)針對密封結(jié)構(gòu)、結(jié)合面平面度、回油路軸承堵塞、小齒輪端面螺紋孔深度、軸承彈性銷是否全部更換為圓柱銷以及物料清洗等方面進(jìn)行檢查、處理。同時對齒輪箱齒輪、箱體等檢修關(guān)鍵零部件的探傷、檢查須嚴(yán)格按要求執(zhí)行，不合格須進(jìn)行評審、更換。

4.2 檢修設(shè)備需求

深5國產(chǎn)化齒輪箱檢修作業(yè)所需主要設(shè)備及其應(yīng)用工序見表1[2]。

表1 齒輪箱檢修設(shè)備清單

設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)可以根據(jù)具體工藝要求進(jìn)行選擇。

4.3 具體檢修方案

對漏油齒輪箱拆解檢查，進(jìn)行分析后，有針對性地制定了檢測要求及檢修方案。

（1）齒輪箱結(jié)合面檢修 前期深5國產(chǎn)化齒輪箱完成拆解后，使用三維掃描檢查平面度與三坐標(biāo)對齒輪箱箱體結(jié)合平面進(jìn)行綜合檢查評判（見圖11），驗(yàn)證結(jié)合平面平行度是否超差。

圖11 結(jié)合平面三維掃描

對超差的結(jié)合平面進(jìn)行修磨（見圖12），將結(jié)合平面上凸點(diǎn)、磕碰傷痕及過渡處尖角毛刺用砂紙或細(xì)銼打磨、修平，同時檢查結(jié)合平面螺紋孔深度（見圖13），對深度不夠的螺紋孔進(jìn)行攻螺紋處理。該方案可以有效地保證齒輪箱結(jié)合面完全貼合，避免齒輪箱出現(xiàn)因結(jié)合面存在間隙而造成齒輪漏油的情況。

圖12 結(jié)合平面修磨

圖13 結(jié)合面螺紋深度檢查

（2）O形密封結(jié)構(gòu)及安裝檢修 對齒輪箱O形圈密封結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了測量、分析，發(fā)現(xiàn)前期深5國產(chǎn)化齒輪箱O形密封圈壓縮量與進(jìn)口齒輪箱壓縮量一致。但將其與《GB/T 3452.1—2005液壓氣動用O形橡膠密封圈第1部分：尺寸系列及公差》《GB/T 3452.3—2005液壓氣動用O形密封圈 溝槽尺寸》的國標(biāo)要求以及機(jī)械設(shè)計手冊中O形密封圈密封要求進(jìn)行對比，壓縮量明顯偏小，未達(dá)到國標(biāo)要求。

對觀察蓋安裝孔、襯套安裝孔檢查發(fā)現(xiàn)，孔口部分未倒角或倒角過小，容易導(dǎo)致安裝觀察蓋與襯套時將O形密封圈刮傷、切壞。

根據(jù)分析結(jié)果，將觀察蓋、軸承襯套和外端蓋等溝槽尺寸按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行尺寸修改及返工（變更圖樣見圖14），調(diào)整O形密封圈規(guī)格，在不影響齒輪箱結(jié)構(gòu)的前提下，增大O形密封圈的壓縮量，保證齒輪箱O形密封圈達(dá)到更好的密封效果[3]。同時使用砂紙或細(xì)銼對齒輪箱觀察蓋安裝孔、襯套安裝孔的孔口進(jìn)行倒角處理（見圖15）。在齒輪箱組裝時，在O形密封圈和齒輪箱安裝孔上涂潤滑油，避免組裝時O形密封圈被刮傷、切壞而造成O形密封圈失效。

圖14 變更圖樣

圖15 箱體倒角處理

（3）油路檢修 對齒輪箱進(jìn)行了油路檢查，發(fā)現(xiàn)部分輸出軸一側(cè)回油孔堵塞程度比理論分析的情況更加嚴(yán)重，油路失效，導(dǎo)致油路聯(lián)通面積過小（見圖16），回油不及時，從而造成輸出軸迷宮處漏油。

圖16 油路孔寬度嚴(yán)重偏小

針對此情況，在不影響齒輪箱結(jié)構(gòu)的前提下，將齒輪箱箱體上的回油孔按圓周方向呈方形孔口擴(kuò)孔，增大回油路聯(lián)通面積。

（4）清潔度控制 對齒輪箱箱體、端蓋和壓蓋等零部件使用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗（見圖17），徹底清除箱體及各零件內(nèi)部油污和異物，規(guī)范操作工藝流程，嚴(yán)格把關(guān)，防止任何異物進(jìn)入齒輪箱內(nèi)部；組裝時再用德邦2755清洗劑對內(nèi)腔及安裝孔等部位進(jìn)行清洗（見圖18）；跑合試驗(yàn)時采用濾油機(jī)過濾后的清潔潤滑油進(jìn)行跑合、沖洗。

圖18 箱體組裝清潔示意

（5）圓柱銷與小齒輪端面螺紋孔的控制 為徹底避免圓柱銷斷裂的情況再次發(fā)生，全面檢查所有齒輪箱是否更換了實(shí)心圓柱銷，并按要求全部進(jìn)行更換；對因小齒輪端面螺紋孔深度不夠?qū)е碌妮S承燒壞問題，將小齒輪端面螺紋孔全部進(jìn)行深度測量，對深度不合格的進(jìn)行返工處理。

4.4 其他問題分析

首列深5國產(chǎn)化齒輪箱試修例行試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了一個齒輪箱疑似異響的情況。我公司技術(shù)人員與中車株機(jī)維保部技術(shù)人員現(xiàn)場確認(rèn)，該齒輪箱內(nèi)部的“沙沙”聲，不同于齒輪、軸承異響時的聲音。經(jīng)過試驗(yàn)、拆解、檢查，根據(jù)檢查結(jié)果和齒輪箱振動分析報告，以及針對不同轉(zhuǎn)速、時間、油量及油品多次的工藝驗(yàn)證情況分析確定，齒輪箱內(nèi)部“沙沙”聲為潤滑油的甩油聲。該“沙沙”聲對油的黏度反應(yīng)明顯，當(dāng)齒輪箱跑合30min后油溫升高，聲音也隨著油溫不斷升高而降低，并很快消失。通過后續(xù)運(yùn)行跟蹤再未發(fā)現(xiàn)該問題，也進(jìn)一步驗(yàn)證了齒輪箱開始例行試驗(yàn)時出現(xiàn)的“沙沙”聲就是潤滑油的甩油聲。

5 效果驗(yàn)證

2021年試修了一列深5國產(chǎn)化齒輪箱并交付運(yùn)行，目前已運(yùn)行13個月，運(yùn)行里程約15萬km。從運(yùn)行跟蹤效果看，整體運(yùn)行情況良好，未發(fā)現(xiàn)一個齒輪箱滲油、漏油及異響等異常情況，運(yùn)行噪聲低，齒輪箱和軸承潤滑良好，完全達(dá)到齒輪箱的檢修要求。用戶已委托我公司2023年完成后續(xù)7列車的檢修。

6 結(jié)束語

本文簡述了地鐵齒輪箱檢修工藝流程，重點(diǎn)針對檢修地鐵齒輪箱漏油、異響等問題進(jìn)行研究、分析，提出了有效的、可實(shí)施的檢修方案，已在深圳5號線國產(chǎn)化地鐵齒輪箱檢修項(xiàng)目上應(yīng)用，為完善齒輪箱檢修工藝提供了實(shí)用性借鑒。