夏春华 上海铁路局上海大机运用检修段

P95大修列车龙门架齿轮箱走行装置的国产化研制

夏春华 上海铁路局上海大机运用检修段

对P95大修列车龙门架齿轮箱走行装置进行国产化研制。介绍了其设计参数、结构特点、关键零部件的设计计算及台架试验等。经过装车使用，运行良好，对同类产品的国产化研制具有指导意义。

大修列车；齿轮箱走行装置；国产化

P95大修列车是一种集换枕、换轨功能于一体的大型养路机械，具有安全效率高、施工质量好等特点，代表了世界先进水平。上海铁路局于2002年从瑞士MATISA公司引进P95大修列车，使用至今已有10余年，共完成局内外换轨换枕共600km左右的施工任务，由于长期满负载作业，车上工作机构均有相当程度损伤，尤其是大修列车核心工作装置--龙门架齿轮箱走行装置，由于其各运动部件的磨损超限和轴断面密封老化，故障频发，严重影响施工质量和作业安全，如何针对龙门架齿轮箱走行装置的国产化开发，是解决问题的关键。

龙门架齿轮箱走行装置是大修列车的重要工作装置之一（详见图1），全车共四套，其作用是运送轨枕，每次运送轨枕达10吨以上，且工作速度和频率都很高，具有高负载、高速度、高频率的作业特征。其中齿轮箱走行装置作为龙门架系统的驱动走行部，为龙门架走行提供动力，是整个龙门架系统最为关键的部件，其性能直接影响整个龙门架系统作业的可靠性及安全性，若发生故障，无法完成施工任务，严重时甚至会导致事故。

图1 龙门架照片

目前该型大修列车在国内仅有两台，分别服役于上海铁路局和广州铁路局。两台车从投入使用至今均已10余年，齿轮箱走行装置损伤较为严重，由于该走行齿轮箱进口价格昂贵（现单价在70万元左右），为了提高整机性价比，降低成本，且不影响整车的正常使用，进行龙门架齿轮箱走行装置的国产化研制是非常必要的。

1 主要技术特性及参数

由于缺少原设计技术资料，这次国产化开发，通过对齿轮箱走行装置解体，掌握齿轮箱的结构特点和装配特性，利用德国进口的三坐标检测机对各部件进行精密测量，为设计提供可靠的参照数据。

1.1 确定结构特点及工作原理

齿轮箱走行装置由液压马达驱动，可双向运行，其结构主要包括箱体、传动锥齿轮副、直齿轮副、走行轮、液压马达、制动装置等（详见图2）。其中锥齿轮副采用闭式传动，浸油润滑；直齿轮副采用开式传动脂润滑。马达动力通过锥齿轮副传递给直齿轮副，走行轮通过螺栓与直齿轮连接为一体，实现齿轮箱装置的走行功能。

图2 齿轮箱走行装置结构

1.2 确定主要技术参数

根据大修列车施工作业要求，龙门架齿轮箱走行装置在维修后应满足以下技术指标：

（1）速比为9.56；

（2）最高工作运行速度20km/h；

（3）输入功率20kW；

（4）主动端输入最高转速不超过3020r/min；

（5）适用于双向运转。

1.3 确定关键技术要点

大修列车龙门架齿轮箱走行装置可靠性要求高，空间结构紧凑。根据大修列车龙门架的实际使用情况及作业要求，齿轮箱走行装置采用“闭式+开式”的传动方案，并采用了锥齿轮+直齿轮的传动设计，节约了空间。箱体采用焊接结构，焊接及加工工艺复杂。另外，齿轮箱走行装置的密封、润滑、组装等环节也是需要研究的关键技术。

2 齿轮箱走行装置的设计

2.1 齿轮设计及计算

2.1.1 齿轮材料、工艺选择

走行齿轮不仅要转递扭矩，还要受到来自轨道的冲击，特别是运轨枕作业中频繁启动、制动及过轨桥接头跳动的不良工况，齿轮所受的冲击更大，因此齿面接触应力和齿根弯曲应力均较大。根据大型养路机械走行装置的特点，结合对进口齿轮的分析结果，齿轮均设计为硬齿面齿轮，材料选用强韧性高的合金渗碳钢18CrNiMo7-6。采用轨道交通普遍采用的渗碳淬火工艺，严格控制碳化物，残奥含量及分布，同时对硬化层过渡层深度进行适当匹配。最后采用硬齿面精加工工艺，提高啮合质量，降低噪声，且可以做到互换。[1]

2.1.2 齿轮基本参数的选择

根据齿轮箱的技术参数及设计要求，齿轮基本参数设计如表1所示。

表1 齿轮基本参数[2]

2.1.3 齿轮强度的校核

对齿轮进行齿面接触强度、轮齿弯曲强度校核计算(（见表2），由计算结果可知，均满足设计要求。

表2 齿轮校核结果

2.2 箱体的设计

箱体结构紧凑，采用钢板Q345B拼焊而成，焊接后采用加工中心加工，保证各轴承孔的尺寸及形位公差。箱体由开式传动腔、闭式传动腔组成，在两侧板上设有制动系统安装座，顶部设计有导体柱安装座，底部焊有防侧翻L板(见图3)。

2.3 密封、润滑设计

齿轮箱走行装置闭式传动腔采用浸油润滑，有效减小锥齿轮副的磨损，提高其传动效率，延长锥齿轮使用寿命。闭式传动腔各旋转密封处均采用骨架油封密封形式，其它非旋转密封处采用端面贴靠密封，组装时结合面涂覆密封胶。开式传动腔由于转速较低，采用脂润滑，通过黄油嘴定期添加润滑脂，具有较好的经济型。

图3 箱体结构

3 试验验证

为了检验国产化研制的效果，对国产化的齿轮箱走行装置进行台架试验（图4），并与进口原齿轮箱进行对比。试验结果表明：齿轮箱密封性能可靠，噪音值低；箱体热平衡后最高温升仅20℃，箱体散热性能良好。国产化的齿轮箱与进口原齿轮箱性能相当。

图4 台架试验

4 结束语

国产化开发的齿轮箱走行装置已在上海大机运用检修段大修列车上装机使用，经一年多满负载考核，共完成运枕54155根，其性能稳定可靠，目前技术状态良好，证明这次国产化的研制非常成功。齿轮箱走行装置的研制成功，不仅大大节约了检修费用（仅为进口件费用的六分之一），更为重要的是为我们对同类型产品的自主开发奠定了坚实的基础。

[1]胡高华,陈亚东,张志强.160km/h快速轨道车走行齿轮箱的研制[J].机车车辆工艺，2012(03):28-29

[2]齿轮手册编委会.齿轮手册[M].北京:机械工业出版社,2000

责任编辑：王华徐伟民来稿日期：2014-11-13