动车组车轴齿轮箱的研制
高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势
2021年2月第49卷第4期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSFeb 2021Vol 49No 4DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2021 04 035本文引用格式:杨树峰,王晓鹏,陈超,等.高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势[J].机床与液压,2021,49(4):173-179.YANGShufeng,WANGXiaopeng,CHENChao,etal.Researchstatusandtrendofgearboxdesignforhigh⁃speedEMU[J].MachineTool&Hydraulics,2021,49(4):173-179.收稿日期:2019-10-10基金项目:国家重点研发计划(2018YFB2001700)作者简介:杨树峰(1986 ),男,博士研究生,研究方向为齿轮传动技术㊂E-mail:yangshufeng8610@163 com㊂通信作者:刘世军(1962 ),男,硕士,研究员,博士生导师,主要研究方向为齿轮传动㊂E-mail:Lsj769@163 com㊂高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势杨树峰1,2,王晓鹏1,陈超1,刘世军1(1 郑州机械研究所有限公司,河南郑州450052,2 中原工学院机电学院,河南郑州450007)摘要:齿轮箱是高速动车组动力转向架的核心部件,其性能直接影响运行的安全可靠性㊂介绍了目前国内高速动车组齿轮箱结构及安装方式㊂根据齿轮箱的结构,分别从齿轮㊁支架㊁箱体㊁润滑密封等方面描述了国内外高速动车组齿轮箱设计方法的研究现状及存在的问题㊂提出了后期应重点针对齿轮箱的造型设计㊁故障诊断与健康管理和极端环境下的产品性能等方面开展相关研究,为深入研究高速动车组齿轮箱提供了参考㊂关键词:高速动车组;齿轮箱;设计方法;研究现状中图分类号:U260 332ResearchStatusandTrendofGearboxDesignforHigh-speedEMUYANGShufeng1,2,WANGXiaopeng1,CHENChao1,LIUShijun1(1 ZhengzhouResearchInstituteofMechanicalEngineeringCo.,Ltd.,ZhengzhouHenan450052,China;2 SchoolofMechanicalEngineering,ZhongyuanUniversityofTechnology,ZhengzhouHenan450007,China)Abstract:Gearboxisthecorecomponentofhigh-speedEMUpowerbogie,itsperformancedirectlyaffectsthesafetyandrelia⁃bilityofoperation.Thestructureandinstallationofthegearboxofhigh-speedEMUindomesticwasintroduced.Accordingtothestructureofthegearbox,theresearchstatusandexistingproblemsofthegearboxdesignmethodofthehigh-speedEMUathomeandabroadweredescribedfromtheaspectsofgear,bracket,box,lubricationandsealing.Itwasproposedthattheresearchshouldfocusontheshapedesign,faultdiagnosisandhealthmanagementofthegearboxandtheproductperformanceinextremeenvironment.Itprovidesreferenceforthein⁃depthstudyofhigh⁃speedEMUgearbox.Keywords:High⁃speedEMU;Gearbox;Designmethod;Researchstatus0㊀前言1964年,世界上首条高速铁路 东海道新干线投入运营,列车运行时速高达210km,产生巨大的轰动效应㊂近半个多世纪,世界各国都在努力进行铁路技术装备和现代化管理的研究,高速铁路技术取得突破性进展㊂我国于2004年开始从川崎重工㊁庞巴迪等公司引进并合作生产高速动车组,研究出适合我国的CRH1㊁CRH2㊁CRH3和CRH5型系列动车组㊂2008年,我国第一条高速铁路 京津城际铁路开始运营,2010年拥有完全自主知识产权的CRH380A㊁CRH380B型动车开始运行,实现了由仿制向创造㊁从摸索到突破的复兴之路,使我国成为了高铁里程数最长的国家㊂高铁的舒适㊁便捷㊁高效㊁准时等优势已经深入民心,但是,我国对高速重载牵引齿轮箱的研究起步较晚,整体水平与发达国家相比还有较大差距,因此,在动车组齿轮传动技术等方面还需参照国外的相关标准进行设计㊂高速动车组齿轮箱是动车组列车的动力驱动核心部件,也是保证列车正常运行的关键零部件㊂由于列车运行速度快,需面对高温高寒㊁潮湿㊁沙尘多等极端恶劣的运行环境,对齿轮箱的设计提出了更高的要求,特别是在齿轮抗载荷㊁齿间啮合㊁润滑㊁箱体强度㊁密封等方面㊂目前,小空间㊁轻量化㊁高功率密度[1]已经成为齿轮箱的设计趋势㊂1㊀高速动车组齿轮箱结构根据车型的不同,齿轮箱安装方式及传动方式也不相同,具体统计见表1㊂齿轮箱将牵引电机的转矩传递给轮轴,齿轮箱内包括小齿轮轴,它与一个直接安装在车轴上的齿轮箱相啮合,其传动方式分为斜齿轮传动和锥齿轮转动2种㊂齿轮箱的箱体由直接安装在轮轴上的圆锥滚柱轴承支承㊂平衡杆安装在转向架和齿轮箱之间,用于承受作用在齿轮箱上的各种扭矩载荷,包括由牵引和制动引起的负荷㊁转矩振动和牵引电机短路引起的转矩振动[2]㊂表1㊀高速动车组齿轮箱汇总序号实用车型传动方式安装方式模型1CRH1CRH2CRH380A斜齿轮传动平衡杆吊装2CRH5锥齿轮传动平衡杆横装3CRH3CRH380B斜齿轮传动C形托架2 高速动车组齿轮箱设计研究现状2 1㊀齿轮设计高速重载齿轮传动在高速轧机㊁高速列车及航空发动机等中得到广泛应用,运行中需承受较高的载荷,运行速度高,工况相对复杂㊂因此,对高速重载齿轮传动进行非线性动力学㊁计算机辅助工程㊁制造系统工程等基础理论研究尤为迫切㊂高铁齿轮箱采用一级渐开线齿轮传动方式,在设计齿轮的过程中充分考虑因轮齿时变啮合刚度㊁齿侧间隙和传递误差等非线性因素引起的传动不稳定现象,对高速重载齿轮传动的稳定性展开研究㊂大连理工大学的学者根据齿轮传动中出现的非线性动力学现象,如混沌和分岔现象[3],结合高速动车牵引齿轮箱的特点,建立斜齿轮-扭-轴非线性动力学模型,采用定性和定量的方法,研究了激励频率㊁啮合阻尼和齿侧间隙对系统产生混沌和分岔的规律和机制㊂西南交通大学的学者采用集中参数法建立基于多种非线性因素的齿轮系统动力学模型[4],研究了齿轮传动系统在内㊁外部激励作用下的轮齿间啮合力传递及变化规律㊂以上对动力学模型的分析是基于理论研究的,缺乏实验性的验证㊂传动模型的精确建模是进行齿轮啮合研究的基础,通过对齿轮各曲线方程的推导,根据齿轮空间啮合原理,完成动车组齿轮箱斜齿轮对模型的精确装配[5]㊂有学者基于VisualC++和SolidWorks,利用MFC类型库对列车牵引齿轮进行参数化设计,实现了模型的设计㊁建模㊁装配一体化设计[6]㊂由于高速列车传动齿轮的制造和装配误差的影响,以及齿轮基节误差的作用,导致齿面载荷突变㊁啮入和啮出位置载荷集中等现象,需进行齿面修形研究㊂在齿廓修形研究中,主要针对主动轮齿顶㊁齿根的变形量和长度等参数展开研究[7-8],可结合啮合理论和实际工况对齿轮修形量进行计算㊂有学者根据齿轮在啮合过程中齿轮副的热弹变形[9-10],对斜齿轮采用直修形的方式,研究齿轮修形曲线,并运用VB及ANSYS/APDL语言编制了一套基于热弹变形的齿轮修形软件,实现齿轮修形的可视化操作[11]㊂在齿向修形研究中,郑州机械研究所团队针对动车组传动齿轮副触底误差及齿面载荷分布不均的问题,通过将小齿轮直线修形㊁鼓形修形和大齿轮的螺旋角修形相结合的方式[12],使传递误差减少26 42%,线载荷减小43 64%,使齿面接触区域分布更加合理;LIU和PARKER[13]考虑齿轮动载荷分布㊁时变啮合刚度和齿廓修形等因素的影响,建立了齿轮非线性分析模型,研究了齿廓修形对多啮合齿轮系统振动响应的影响规律㊂陈思雨等[14]利用准静态接触下的有限元计算方法得到不同修形量的啮合刚度和静态传递误差,研究不同齿廓修形量和修形长度对齿轮动态行为的影响,并提出根据W齿轮副的振动幅值及动态因子来确定最佳的修形参数,使齿轮副啮合的接触斑点㊁齿面线载荷分布以及传递误差明显降低,㊃471㊃机床与液压第49卷传动更加平稳㊂2 2㊀轴承选型齿轮箱轴承为高速轨道列车运行的支撑部件,运行中承受极大的轴向载荷及径向载荷,其性能的稳定性及寿命直接影响动车组运行安全㊂目前,高速轨道列车所需的电机轴承㊁齿轮箱轴承㊁轮轴轴承全部被瑞典SKF㊁德国FAG㊁日本NTN等国外知名厂商垄断[15]㊂由表1可知,CRH1和CRH3系列均采用一级斜齿轮传动,如图1所示,输入轴上装有1个四点接触球轴承和2个圆柱滚子轴承[16]㊂四点接触球轴承承受轴向载荷,与轴承座内圈采用间隙配合;圆柱滚子轴承承受径向载荷,采用过渡配合的方式装入轴承座㊂输出轴采用圆锥滚子轴承面对面布置㊂CRH5型高速动车组采用一级锥齿轮传动方式,如图2所示,输入轴上同样安装有1个四点接触球轴承和2个圆柱滚子轴承;输出轴上安装有圆锥滚子轴承和双列圆锥滚子轴承[17]㊂圆锥滚子轴承可承受较高的轴向力,安装后可通过调整轴向游隙提高轴承的旋转精度和承载能力[18]㊂图1㊀一级斜齿轮传动图2㊀一级锥齿轮传动2 3㊀支架设计目前,高速列车采用的齿轮箱安装方式主要有齿轮箱吊杆和C形支架2种吊挂方式,其结构简图分别如图3㊁图4所示,在悬架连接处都安装有弹簧橡胶模块,该模块既可以较好地承受载荷,也可在弹簧失效时起到一定的承载作用㊂图3㊀吊杆吊装简图㊀㊀㊀图4㊀C形支架吊装简图HOLZAPFEL和BASSMANN[19]在吊杆支架的基础上研制出C形支架㊂相比于吊杆吊挂,C形支架使受力分散到2个位置,更加可靠㊂目前,以CRH2㊁CRH380A为代表的日系动车组均采用了吊杆吊挂式安装,以CRH3㊁CRH380B为代表的德系动车组则采用了C形支架安装方式,2种安装方式均属于弹性安装㊂有学者分别计算了不同齿轮箱安装方式对车辆动力学性能的影响,在低速状态下吊杆吊挂方式振动加速度更小,但在350km/h以上时,C形支架表现更佳[20-23]㊂2 4㊀箱体研究随着高速动车组向高可靠㊁高速㊁舒适等趋势发展,对齿轮箱提出了更高的要求㊂箱体作为齿轮箱的支撑件,其稳定性㊁安全性直接影响动车行业的发展㊂目前,箱体均采用铝合金铸造成型,箱体结构的高强度㊁轻质化一直是箱体的发展方向㊂(1)箱体CAE分析学者们分别从模态分析㊁静力学分析㊁谐响应分析等方面对箱体强度进行研究[24],根据箱体存在的应力集中现象,提出箱体改进方案[20],采用等损伤准则[25]㊁Steinberg积累损伤三区间法[26]等方法对箱体进行疲劳寿命的评估㊂针对出现故障裂纹的箱体,采用金相检测和实际测试的实验方法进行研究[27-28],指出箱体固有频率与轨道激励在低频存在共振现象,为箱体的改进指明方向㊂(2)箱体优化设计在箱体轻量化方面,学者们以体积最小为目标函数[29],采用灵敏度分析法和物理规划法,对箱体进行稳健优化分析;利用HyperMesh软件中的拓扑和形状优化功能对箱体进行优化设计[30],降低最大变形量和等效应力;以容差和优质率为目标函数[31],采用模糊理论与容差多面体法对箱体装配尺寸链进行优化㊂2 5㊀密封及润滑的研究高速动车组驱动齿轮箱的密封设计技术至关重要,密封性能的优劣直接影响到齿轮箱零部件的使用寿命以及高速动车组运行的安全性和可靠性㊂为了保证齿轮箱的高效工作,其传动轴的轴端通常采用非接触式迷宫密封㊂2 5 1㊀密封性能研究(1)迷宫密封结构㊂为了增强迷宫密封的性能,学者们提出了不同的方案:①分别设置阶梯密封外环和内环[32];②在轴两侧的油路设置2-3道内装有带切口的涨圈的环形槽[33];③将内挡油环的外环面处理成超疏油膜层,将外挡油环的外环面处理成超疏水膜层[34];④增加径向密封以及轴向密封的长度间隙比[35];⑤将密封齿齿形锐化(减小夹角和齿顶长㊃571㊃第4期杨树峰等:高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势㊀㊀㊀度)[36];⑥将迷宫密封更改为阶梯式迷宫密封,减小密封间隙,增加密封空腔[37]㊂通过采用不同的结构方案,阻止箱体内润滑油泄漏以及外界水分㊁杂质进入箱体㊂(2)密封数值模拟㊂学者们主要采用了数值模拟和实验研究相结合的方式进行密封数值模拟,裘雪玲[38]从不同压比㊁密封齿顶间隙㊁进气预旋等方面对泄漏量进行研究;田华军等[39]从密封齿的节流间隙尺寸㊁齿间回油效果㊁齿尖厚度等方面展开研究;还有学者研究空腔数量和深度[40-41]㊁进出口压差㊁转速[42]对泄漏系数的影响㊂2 5 2㊀润滑性能研究国内高速动车齿轮箱齿轮油一般是选用设备说明书上推荐的品牌及型号,但是由于受到运行环境及复杂工况的影响,有时需要根据齿轮载荷㊁摩擦副相对速度㊁工作温度等参数选取[43]㊂有学者通过在齿轮油中添加TiO2[44]或者钼元素[45]来提高齿轮油的抗载和耐磨性能㊂齿轮油在不同转速和载荷下表现出的摩擦特性也不同[46],刘杰等人[47]提出了有效润滑油量的概念,并探讨与浸油深度㊁大齿轮转速的关系,当齿轮啮合线速度为35m/s时,搅油损失急剧增大[48],中车的高军团队通过实验方法对齿轮油中的硫添加剂[49]和换油周期[50]进行了研究㊂2 6㊀齿轮箱性能研究动车组齿轮箱传动系统性能一直是研究重点,目前主要采用仿真实验和在线监测的方式来评估齿轮箱性能㊂(1)在仿真实验方面,研究人员将齿轮箱温度㊁振动[51]㊁噪声[52]㊁传动效率㊁可靠性为评价指标,采用定性㊁定量的筛选方法,开发了动车组齿轮传动性能综合评价软件[53]㊂有学者针对运行中存在的负压现象,研制了相关实验设备[54],以验证箱体性能㊂(2)在在线监测方面,有学者通过研究齿轮油中铁元素性能的退化数据[55],建立了齿轮箱的性能评价方法;学者还研制了基于涡流技术的非接触探伤仪[56];张伟伟[57]设计了基于光纤布拉格(Bragg)光栅传感器的动车组齿轮箱的实时振动监测系统;邓晓宇[58]根据检测数据和非参数的核密度估计方法,建立 齿轮箱振动阈值数据库 与 齿轮系统故障特征频率库 ,确保齿轮箱的安全运行㊂3㊀高速动车组齿轮箱的展望随着我国铁路行业的不断发展,高速动车组运行将呈现 高速㊁重载㊁全天候 的特点[59],而机车驱动系统为适应这些特点,向高速㊁大功率方向发展成为必然趋势,所以必然对齿轮箱的结构㊁承载能力㊁润滑系统及抗胶合㊁振动能力提出更高的要求㊂因此,结合我国高速动车组齿轮箱传动系统的发展现状[60],应从以下几方面加大研究力度:(1)应对高速动车组齿轮箱齿轮从结构设计㊁参数优化㊁动力学性能分析等方面进行创新性研究,开发出适合我国现状的传动齿轮㊂同时,在日常的维修㊁故障解决中及时总结经验,在设计中加以改进,防患于未然㊂(2)目前国内减速机箱体依旧沿用国外的结构,缺乏工业设计㊁艺术设计角度的创新,应该用人机交互等新的设计方法对箱体外观进行研究㊂(3)关于高速动车组列车齿轮箱在线监测㊁故障诊断技术方面的研究还不够深入,难以建立产品的故障诊断与健康管理系统,核心的振动机制研究和故障特征的提取及其对应的信号分析方法都有待深入研究㊂(4)针对高速动车组齿轮箱在极端㊁恶劣环境中运行的研究不够深入,运行中齿轮箱外围气压为瞬态㊁交替变化,导致齿轮箱内气液流场比较复杂㊂用于齿轮箱运行过程相关仿真及实验的设备比较缺失㊂在齿轮箱轻量化设计制造㊁润滑密封㊁高可靠性等方面应重点攻关㊂4㊀结束语高速动车组齿轮箱的设计是一项系统工程,我国对高速重载牵引齿轮箱的研究起步较晚,整体水平与发达国家相比还有较大差距㊂本文作者从高速动车组齿轮箱的结构出发,在齿轮㊁轴承㊁支架㊁箱体㊁密封润滑等方面综述了国内外的研究现状,最后从齿轮设计制造㊁箱体外观设计㊁在线检测㊁极端场合等方面展望了齿轮箱未来的研究方向㊂参考文献:[1]高小平.高速动车齿轮箱产品开发中的计算仿真应用[J].轨道交通装备与技术,2015(5):1-4.GAOXP.ApplicationofcomputationalsimulationinthedevelopmentofgearboxesforhighspeedEMUs[J].RailTransportationEquipmentandTechnology,2015(5):1-4.[2]王伯铭.高速动车组总体及转向架[M].2版.成都:西南交通大学出版社,2014:242-253.[3]褚衍顺.高速重载齿轮传动系统稳定性研究[D].大连:大连理工大学,2012.CHUYS.Studyonstabilityofhighspeed&heavyloadgeartrain[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2012.[4]全克博.CRH2型动车组齿轮系统动力学特性分析[D].成都:西南交通大学,2015.QUANKB.ThedynamicsanalysisofCRH2multipleunitsgearsystem[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2015.[5]杨萌.高速列车传动系统齿轮可靠性建模研究[D].北㊃671㊃机床与液压第49卷京:北京交通大学,2014.YANGM.Researchonreliabilitymodelingofthetransmis⁃siongearsinthehighspeedtrain[D].Beijing:BeijingJiao⁃tongUniversity,2014.[6]曹从庆.机车车辆齿轮参数化CAD系统研究[D].成都:西南交通大学,2012.CAOCQ.ResearchonaparameterizedCADsystemforthevehiclegear[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2012.[7]黄琦.高速列车传动齿轮齿廓修形及箱体优化设计[D].大连:大连理工大学,2012.HUANGQ.Researchongearprofilemodificationandtheoptimizationdesignforgearboxofhigh⁃speedtraindrivesystem[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2012.[8]HUZH,TANGJY,ZHONGJ,etal.Effectsoftoothprofilemodificationondynamicresponsesofahighspeedgear⁃ro⁃tor⁃bearingsystem[J].MechanicalSystemsandSignalPro⁃cessing,2016,76/77:294-318.[9]李绍彬.高速重载齿轮传动热弹变形及非线性耦合动力学研究[D].重庆:重庆大学,2004.LISB.Studyoncoupledthermo⁃elasticdeformationandnonlineardynamicemulateabouthigh⁃speed,heavy⁃loadgeartransmissionssystem[D].Chongqing:ChongqingUni⁃versity,2004.[10]姚阳迪.基于热弹变形的高速重载齿轮修形研究[D].重庆:重庆大学,2010.YAOYD.Modificationresearchofhigh⁃speedandheavy⁃loadgearbasedonthermo⁃elasticdeformation[D].Chongqing:ChongqingUniversity,2010.[11]杨玉良.斜齿轮系统热弹耦合及修形减振研究[D].大连:大连理工大学,2016.YANGYL.Researchonthermo⁃elasticcouplingandvi⁃brationdampingwithmodificationofhelicalgearsystem[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2016.[12]范乃则,田华军,裴帮,等.基于KISSsoft动车组传动齿轮修形优化设计[J].机械传动,2017,41(3):83-87.FANNZ,TIANHJ,PEIB,etal.Modificationandopti⁃mizationdesignofmotortrainunittransmissiongearbasedonKISSsoft[J].JournalofMechanicalTransmission,2017,41(3):83-87.[13]LIUG,PARKERRG.Dynamicmodelingandanalysisoftoothprofilemodificationformultimeshgearvibration[J].JournalofMechanicalDesign,2008,130(12):121402.[14]陈思雨,唐进元,王志伟,等.修形对齿轮系统动力学特性的影响规律[J].机械工程学报,2014,50(13):59-65.CHENSY,TANGJY,WANGZW,etal.Effectofmodi⁃ficationondynamiccharacteristicsofgeartransmissionssystem[J].JournalofMechanicalEngineering,2014,50(13):59-65.[15]张亨飏.高速动车轴承试验台的开发与研究[D].长春:吉林大学,2017.ZHANGHY.Designandresearchonthetestrigofhigh⁃speedrailwayrollingbearings[D].Changchun:JilinUni⁃versity,2017.[16]吴成攀,阙红波,王本涛,等.典型动车组齿轮箱轴承的计算[C]//铁路车辆轮轴技术交流会论文集.大连,2016:107-112.[17]李春蕾,吴承攀,赵艳英,等.标准动车组齿轮箱轴承的选型及开发[C]//铁路车辆轮轴技术交流会论文集.大连:中国铁道学会,2016.[18]刘志恒,张红军.轴箱轴承轴向自由间隙对机车动力学影响分析[J].铁道学报,2006,28(2):48-52.LIUZH,ZHANGHJ.Influenceofaxialfreeclearancesofaxleboxbearingsonlocomotivedynamics[J].JournaloftheChinaRailwaySociety,2006,28(2):48-52.[19]HOLZAPFELM,BASSMANNT.Designinghigh⁃perform⁃ancedrivesfor350km/hhigh⁃speedtrainoperation[J].RailEngineeringInternational,2005,6(4):201-206.[20]胡伟钢,刘志明,李强,等.高速列车齿轮箱载荷识别方法研究[J].铁道学报,2020,42(12):50-57.HUWG,LIUZM,LIQ,etal.Loadidentificationmethodforhigh⁃speedtraingearbox[J].JournaloftheChinaRail⁃waySociety,2020,42(12):50-57.[21]刘杰,刘世军,郭熛,等.基于有限元的高铁齿轮箱箱体载荷计算与结构分析[J].机械传动,2016,40(2):77-81.LIUJ,LIUSJ,GUOB,etal.StructuralanalysisandloadcalculationofCRH380high⁃speedrailgearboxbasedonfiniteelement[J].JournalofMechanicalTransmission,2016,40(2):77-81.[22]YANGJW,YANGMH,LIX,etal.Strengthanalysisandexperimentofhighspeedrailwaygearboxbracket[J].TheOpenMechanicalEngineeringJournal,2015,9(1):266-270.[23]李众.高速动车组转向架齿轮箱安装方式研究[D].成都:西南交通大学,2017.LIZ.Researchoninstallationmethodofgearboxforhigh⁃speedtrains[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2017.[24]王富民,李捷,杨建伟,等.地铁齿轮箱箱体模态及谐响应分析[J].机械传动,2015,39(9):146-150.WANGFM,LIJ,YANGJW,etal.Modalandharmonicresponseanalysisofsubwaygearboxhousing[J].JournalofMechanicalTransmission,2015,39(9):146-150.[25]袁文东.标准动车组齿轮箱箱体强度分析与寿命预测[D].北京:北京交通大学,2016.YUANWD.Analysisonthestrengthandfatigue⁃lifepre⁃dictionofstandardhigh⁃speedEMUgearboxhousing[D].Beijing:BeijingJiaotongUniversity,2016.㊃771㊃第4期杨树峰等:高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势㊀㊀㊀[26]潘红明.基于三区间法的高速动车组齿轮箱体疲劳寿命研究[D].成都:西南交通大学,2016.PANHM.Studyongearboxfatiguelifeanalysisbystein⁃bergmethod[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2016.[27]HUWG,LIUZM,LIUDK,etal.Fatiguefailureanalysisofhighspeedtraingearboxhousings[J].EngineeringFail⁃ureAnalysis,2017,73:57-71.[28]LIGQ.Fatiguecrackmechanismstudyonhigh⁃speedEMUgearbox[J].JournalofMechanicalEngineering,2017,53(2):99-105.[29]李永华,臧庆,张军.高速动车组齿轮箱稳健优化设计[J].大连交通大学学报,2015,36(6):29-33.LIYH,ZANGQ,ZHANGJ.Robustdesignoptimizationofgearboxonhigh⁃speedEMU[J].JournalofDalianJiao⁃tongUniversity,2015,36(6):29-33.[30]魏静,李震,孙伟,等.基于SIMP及应变能理论的高速动车齿轮箱结构优化[J].机械强度,2011,33(4):558-564.WEIJ,LIZ,SUNW,etal.Shapeandtopologyoptimiza⁃tionforgearboxofhigh⁃speedtrainbasedonSIMPmodelandstrainenergytheory[J].JournalofMechanicalStrength,2011,33(4):558-564.[31]臧庆.高速动车组齿轮箱稳健优化设计研究[D].大连:大连交通大学,2015.ZANGQ.Robustoptimizationdesignofgearboxonhigh⁃speedEMU[D].Dalian:DalianJiaotongUniversity,2015.[32]重庆江增船舶重工有限公司.一种齿轮箱密封装置:CN201120525968.1[P].2012-09-05.[33]哈尔滨东安发动机(集团)有限公司.风电齿轮箱的密封结构:CN201120533043.2[P].2012-08-01.[34]郑州机械研究所.高速列车齿轮箱轴密封结构:CN2016106003981.8[P].2016-12.[35]李枫,金思勤,吴成攀.高速动车组齿轮箱迷宫密封系统设计与试验验证[J].机车车辆工艺,2013(2):1-3.LIF,JINSQ,WUCP.Designandverificationofthelab⁃yrinthsealingsystemforthegearboxofhighspeedEMU[J].Locomotive&RollingStockTechnology,2013(2):1-3.[36]张雨,张开林,姚远.高速动车组齿轮箱径向迷宫密封的数值研究[J].润滑与密封,2016,41(12):16-20.ZHANGY,ZHANGKL,YAOY.Numericalstudyofra⁃diallabyrinthsealforhigh⁃speedtrainunitgearbox[J].LubricationEngineering,2016,41(12):16-20.[37]张晶.地铁齿轮箱结构改进研究[D].上海:上海交通大学,2014.ZHANGJ.Studyonimprovementofmetrogearboxstruc⁃ture[D].Shanghai:ShanghaiJiaoTongUniversity,2014.[38]裘雪玲.迷宫密封流场与转子动力学耦合研究[D].杭州:浙江大学,2007.[39]田华军,范乃则,裴帮,等.基于Fluent的高速动车组齿轮箱迷宫密封数值模拟[J].机械传动,2017,41(4):62-66.TIANHJ,FANNZ,PEIB,etal.NumericalsimulationoflabyrinthsealofhighspeedEMUgearboxbasedonfluent[J].JournalofMechanicalTransmission,2017,41(4):62-66.[40]ZHAOW,NIELSENTK,BILLDALJT.Effectsofcavityonleakagelossinstraight⁃throughlabyrinthseals[C]//ProceedingsofEarthandEnvironmentalScience,25thIAHRSymposiumonHydraulicMachineryandSystems.Timişoara,2010.[41]吴特,米彩盈.高速齿轮箱润滑系统密封结构的数值研究[J].铁道学报,2014,36(4):26-31.WUT,MICY.Numericalanalysisonsealstructureofhigh⁃speedgearboxlubricationsystem[J].JournaloftheChinaRailwaySociety,2014,36(4):26-31.[42]王琰,王丽娜,张开林.高速齿轮箱迷宫密封流场和泄漏特性的数值研究[J].内燃机车,2012(3):6-9.WANGY,WANGLN,ZHANGKL.Numericalstudyofflowfieldandleakagecharacteristicsoflabyrinthsealforhighspeedgearbox[J].DieselLocomotives,2012(3):6-9.[43]马骁驰,张朝前,张松鹏,等.高速列车齿轮箱润滑油黏度指数的计算方法研究[J].润滑与密封,2015,40(4):26-29.MAXC,ZHANGCQ,ZHANGSP,etal.Thecalculationmethodsofhigh⁃speedtraingearboxlubricantviscosityin⁃dex[J].LubricationEngineering,2015,40(4):26-29.[44]赵巍,粟斌,周新聪,等.GL-5重负荷车辆齿轮油换油周期研究[C]//第八届全国摩擦学大会论文集.广州:中国机械工程学会,2007.[45]陈琳,李枫,水琳,等.高速列车齿轮油性能要求与验证方法初探[J].合成润滑材料,2014,41(3):9-12.CHENL,LIF,SHUIL,etal.Primarydiscussionsofper⁃formancerequirementsandverificationmethodsofgearoilsforhighspeedtrain[J].SyntheticLubricants,2014,41(3):9-12.[46]盛晨兴,曾卓,冯伟,等.高铁齿轮油摩擦学特性的试验探究[J].润滑与密封,2016,41(5):86-90.SHENGCX,ZENGZ,FENGW,etal.Experimentalex⁃ploreontribologicalpropertiesofhigh⁃speedrailgearoils[J].LubricationEngineering,2016,41(5):86-90.[47]刘杰,刘世军,徐文博,等.高速列车齿轮箱润滑性能优化与热平衡温度分析[J].机械传动,2017,41(4):89-94.LIUJ,LIUSJ,XUWB,etal.Lubricantperformanceopti⁃mizationandthermalbalancetemperatureanalysisofhigh⁃speedtraingearbox[J].JournalofMechanicalTransmis⁃sion,2017,41(4):89-94.㊃871㊃机床与液压第49卷[48]陈晓玲,刘松丽,黄智勇,等.高速列车传动齿轮箱浸油深度对平衡温度的影响[J].铁道学报,2008,30(1):89-92.CHENXL,LIUSL,HUANGZY,etal.Studyonthein⁃fluenceofimmersiondepthonequilibriumtemperatureofspurgearusedinhighspeedtrain[J].JournaloftheChi⁃naRailwaySociety,2008,30(1):89-92.[49]高军,李来顺,冯伟,等.动车组齿轮箱油中含硫添加剂损失的试验研究[J].润滑与密封,2016,41(12):129-133.GAOJ,LILS,FENGW,etal.Experimentalstudyonsul⁃furadditivelossoftrain⁃setgearboxlubricants[J].Lubri⁃cationEngineering,2016,41(12):129-133.[50]高军,李来顺,赵海板,等.高速动车组齿轮油换油周期研究[J].润滑与密封,2015,40(2):89-92.GAOJ,LILS,ZHAOHB,etal.Researchondraininter⁃valofgearboxoilsofhigh⁃speedelectricmultipleunit[J].LubricationEngineering,2015,40(2):89-92.[51]LINTJ,HEZY,GENGFY,etal.Predictionandexperi⁃mentalstudyonstructureandradiationnoiseofsubwaygearbox[J].JournalofVibroengineering,2013,15(4):1838-1850.[52]HUANGGH.Dynamicresponseanalysisofgearboxhous⁃ingsystemsubjectedtointernalandexternalexcitationinhigh⁃speedtrain[J].JournalofMechanicalEngineering,2015,51(12):95.[53]吴冬.高铁齿轮传动系统性能检测评价研究[D].大连:大连理工大学,2012.WUD.Researchontheevaluationoftestingperformanceforthetransmissiongearboxinhigh⁃speedtrain[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2012.[54]马玉强,林新海,李枫.高速动车组齿轮箱的负压试验研究[J].机车车辆工艺,2016(6):1-3.MAYQ,LINXH,LIF.ResearchofthenegativepressuretestofthegearboxforhighspeedEMU[J].Locomotive&RollingStockTechnology,2016(6):1-3.[55]王泰.基于性能退化分析的高速动车组齿轮箱可靠性研究[D].成都:西南交通大学,2017.WANGT.TheresearchofEMUgearboxreliabilitybasedondegradationanalysis[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2017.[56]田勐.CRH380动车组福伊特齿轮箱深层涡流检测技术开发[C]//中国中车2016第二届轨道交通先进金属加工及检测技术交流会.长春:中国中车科技管理部,中车工业研究院有限公司,2016.[57]张伟伟.基于光纤布拉格光栅传感器的动车组齿轮箱振动监测系统设计与研究[D].开封:河南大学,2014.ZHANGWW.Thedesignandresearchofthevibrationmonitoringsystemforthegearboxofhigh⁃speedrailbasedonfiberBragggratingsensor[D].Kaifeng:HenanUniversity,2014.[58]邓晓宇.高速列车齿轮传动系统动态特性仿真与评价方法研究[D].成都:西南交通大学,2016.DENGXY.Studyonsimulationandevaluationmethodofdynamiccharacteristicsofgeartransmissionsystemofhighspeedtrain[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2016.[59]邢志伟,孙银生,邓晓丽,等.电动机车牵引齿轮设计概述[J].机械传动,2011,35(11):41-44.XINGZW,SUNYS,DENGXL,etal.Surveyontractiongeardesignofelectriclocomotive[J].JournalofMechani⁃calTransmission,2011,35(11):41-44.[60]刘忠明.中国战略性新兴产业研究与发展-齿轮[M].北京:机械工业出版社,2013.(责任编辑:张楠)(上接第172页)[5]GIESENU,MULLERS.ThevehicleofH⁃bahnsystemsinDortmunduniversity[J].VerkehrundThchnik,1983,36(10):371-382.[6]许桂红.地铁制动系统的研究与仿真[D].成都:西南交通大学,2014.XUGH.Researchandsimulationofmetrobrakingsystem[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2014.[7]张龙飞.低地板有轨电车制动系统性能研究[D].成都:西南交通大学,2018.ZHANGLF.Studyontheperformanceofbrakesystemforlowfloortram[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2018.[8]周纪武,纪铅磊,刘勇刚.浅谈城市轨道车辆制动冲击率的计算[J].铁道车辆,2017,55(4):30-31.ZHOUJW,JIQL,LIUYG.Calculationofbrakeimpactratioofurbanrailvehicles[J].RollingStock,2017,55(4):30-31.(责任编辑:张楠)㊃971㊃第4期杨树峰等:高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势㊀㊀㊀。
地铁电传动打磨车车轴齿轮箱的研制
2
车轴齿轮箱的结构特点
欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍
车辆运行的实际工况。
表6 2 种试验方法对比 轮重减载试验 均衡试验 试验目的 线路条件 试验类型
标, 在设计、 制造过程中必须进行验证, 并建议如下: ( 1 ) 对静态轮重减载率的试验方法和标准进行 统一, 同时取消转向架均衡试验; ( 2 ) 将轮重减载试验作为测量静态轮重减载率 的唯一标准; ( 3 ) 鉴于目前国内标准及文献中对于线路 ( 轨 道) 的扭曲值没有明确规定, 因此, 建议车轮的提升 量按照 EN 14363 标准中的规定执行。 参考文献:
[ 1] 严隽耄. 车辆工程[M]. 北京:中国铁道出版社, 2004. [ 2] 张 洪, 杨国桢. 关于客车转向架的脱轨和轮重减载问题[J]. 2005 , 43 ( 6 ) :10 - 16. 铁道车辆, [ 3] 高纯友. 关于城轨车辆均衡试验的探讨[J] . 铁道车辆, 2005 , 43 ( 8 ) :18 - 21. □
试验方法 评价标准
轮重减载率 ΔQ / Q≤0. 6
3
结束语
通过以上的对比、 分析, 静态轮重减载率作为能
够反映车辆设计参数对扭曲线路适应性的重要指
( 编辑:李琳琳)
3
杨俊杰
胡高华
陈丽丽
地铁电传动打磨车车轴齿轮箱的研制
轨道交通装备与技术
第 6 期 2016 年 11 月
牵引电机采用架悬方式, 固定于转向架的横梁 上( 见图 1 ) , 电机与齿轮箱之间通过挠性浮动齿式 联轴节相连接 , 齿轮箱在电机与轮对之间起着传 递电机输出扭矩、 降低电机输出转速、 驱动轮对使整 车运动的作用。 车轴齿轮箱由一级圆柱斜齿轮传动组成, 齿轮 箱采用垂直吊装的结构, 输出端通过 2 个轴承支承 固定在车轴上, 输入端通过相应吊挂装置紧固连接 在转向架横梁上。吊挂装置由具有缓冲减振作用的 橡胶球关节和吊杆体组成, 并设计有调整垫片以调 。 整输入轴高度 吊挂下端与上箱体的对应吊杆座连 接, 上端与转向架吊挂安装座连接, 即可将齿轮箱安 装紧固在所需要的高度位置。 车轴齿轮箱主要由箱体、 牵引齿轮、 车轴、 润滑 和密封系统、 轴承等零部件构成, 这些零部件的性能 决定了齿轮箱的整体性能[Fra bibliotek ] [2 ]
CRH3A型动车组齿轮箱的研制
CRH3A型动车组齿轮箱的研制摘要: 介绍了CRH3A 型动车组齿轮箱的技术参数及其关键技术,并说明了其结构特点、工作原理及型式试验情况等。
试验结果表明,齿轮箱运行平稳、润滑良好、密封可靠、各性能指标符合设计要求,能够满足CRH3A 型动车组的使用要求。
关键词: 动车组; 齿轮箱; 结构设计; 仿真计算CRH3A 型动车组基于我国线路条件研制,不仅核心部件和制造技术自主化,还充分考虑了中国复杂的地理气候条件和运营环境,具有安全可靠、高智能化、易于维护、节能环保、经济实用等特点。
CRH3A 型动车组是目前国内唯一既适合时速 200km 至 250 km 客运专线,又适合时速 160 km 至 250km 城际铁路的动车组。
齿轮箱是动车组运行的关键部件之一,其可靠性直接影响动车组的运行安全。
本项目通过对齿轮箱的技术参数、结构特点、关键技术研究、结构设计、计算分析以及型式试验,研制出 CRH3A 型动车组齿轮箱。
一、主要技术参数齿轮箱的主要技术参数如下: 静态轴重,17 000kg; 齿轮传动比,3.682; 齿轮中心距,380 mm; 最大运营速度,250 km/h; 电机功率( 持续) ,352 kW; 电机功率( 电制动) , 418 kW; 牵引电机额定转速为3 572 r/min。
二、结构特点根据TJ/CL 277—2014《动车组齿轮箱组成暂行技术条件》,齿轮箱采用轴悬方式,从动齿轮安装在车轴上,输入齿轮轴通过齿式联轴节与电机输出轴连接,传递扭矩,驱动轮对。
齿轮箱采用一级圆柱斜齿轮传动;悬挂方式采用 C 型支架和叠层橡胶弹簧弹性悬挂,缓解构架和齿轮箱之间的振动; 箱体采用高强度铝合金铸造; 输出轴采用单列圆锥滚子轴承, X 型方式排布; 输入端轴承采用 NU + QJ + NU 排布; 采用飞溅式润滑方式和非接触迷宫密封方式。
齿轮箱外形如图 1 所示。
三、关键技术1、齿轮副设计由于牵引电机高转速、高扭矩的要求,传动齿轮需承受较大的启动扭矩,同时考虑低温冲击性能要求,结合国外机车及高速动车组齿轮箱牵引齿轮的设计经验,最终采用渗碳淬火钢 18CrNiMo7-6及喷丸强化工艺。
CRH2型动车组齿轮箱跑合试验工艺研究
南车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266111摘要:本文对CRH2型动车组齿轮箱跑合试验流程进行了介绍,同时根据动车组检修规程的要求,对齿轮箱跑合试验的试验标准及作业方法进行了说明。
本文重点对齿轮箱的跑合试验工艺进行了分析,制定了合理的工艺流程,为CRH2型动车组齿轮箱的跑合试验作业提供参考。
关键词:动车组,齿轮箱,跑合试验引言CRH2型动车组是南车青岛四方机车车辆股份有限公司生产的200公里速度等级动车组,在四、五级检修过程中须进行齿轮箱跑合试验。
此项工作的目的是在试验台上使轮对空转,模拟车辆的实际运行工况。
通过跑合试验判定轮对齿轮驱动系统有无异音、渗油、漏油、不正常的温升及其它不良情况,判断齿轮箱装配质量,以保证车辆运行正常、安全、可靠。
1.齿轮箱跑合试验轮对的齿轮箱跑合试验,主要是对齿轮箱运转情况进行模拟试验,以确保装配安装的准确性。
1.1. 齿轮箱跑合试验流程工艺轴承安装→轮对吊入设备→加入跑合用油→跑合试验→试验后作业内容1.2.工艺轴承安装安装前,检查轴颈部位是否有磕碰伤,用白布将轴颈表面和工艺轴承内表面擦干净。
用专用吊具吊装工艺轴承,缓慢将工艺轴承安装到轴颈上(工艺轴承安装时需特别注意区分齿轮箱侧和非齿轮箱侧,侧面有洗槽的工艺轴承需安装在非齿轮箱侧,没有洗槽的安装在齿轮箱侧),之后将外侧锁紧螺母安装到轴端螺纹部位上(安装外侧锁紧螺母前需将锁紧螺母与轴端的连接键安放到锁紧螺母的卡槽处,键与锁紧螺母应需配套使用)。
外侧锁紧螺母手动旋紧之后,用扳手锁紧内外侧锁紧螺母,保证工艺轴承安装到位;最后用六角棍将外侧锁紧螺母与轴端处的连接键调整到位。
1.3. 轮对吊入设备用专用吊具,将车轴平稳吊入设备,并启动程序将工艺轴承夹紧(整体式工艺轴承),拧紧电机与联轴节的防松螺母,联轴节的连接时注意将两个半联轴节外侧面及螺纹孔对齐,穿入紧固件螺栓,将螺母与止垫螺母六角面保持一致,插入式扭力扳手一同紧固,如图1所示。
高速动车组铝合金齿轮箱低压铸造工艺研究
高速动车组铝合金齿轮箱低压铸造工艺研究近年来,随着绿色发展和节能减排的发展,环保铝合金齿轮箱在各个领域得到了广泛应用,传动系统使用高耐腐蚀、耐高温、耐磨损的铝合金材料作为传动件,具有低重量、低能耗、高刚性和可靠性的特点,成为汽车、航空航天等领域的主流产品。
铝合金齿轮箱的加工主要包括铸造、零部件加工和热处理工艺。
其中,铸造工艺对产品的结构精度、外观质量和使用性能起着关键性作用。
铝合金齿轮箱低压铸造工艺是使用气动、液压力学或机械力学方法,在充填模具内将金属件熔化及填充到模具中,使其成型而制造出工件的一种铸造工艺。
它能够在较短的时间内,生产出大批量质量稳定的原件,具有生产效率高、成本低、表面质量好等优点,是生产优质铝合金齿轮箱的实用工艺。
但铝合金齿轮箱的低压铸造工艺仍存在许多不足,如熔化工艺、模具设计和制造、制备熔体、填充工艺等问题都有待改进,为了更好地满足现代铝合金齿轮箱的生产需求,研究低压铸造工艺具有重要意义。
研究铝合金齿轮箱低压铸造工艺的目的是探讨影响工艺参数的因素,提出合理的熔模设计或填充策略,提高产品的结构精度,优化铸件成形的质量及外观质量,实现节能减排、提高制样效率,增强生产效率、保证产品的质量。
首先,研究铝合金齿轮箱加工中的熔体组成,优化熔体性能,结合有关铸造工艺研究情况,分析影响铸造工艺工艺参数,如模具温度、填充量、压力、流速等,根据产品规格,优化铸模设计或填充策略,减少产品表面不良,提高结构精度,优化铸件表面质量。
其次,研究熔模的结构设计,温度和压力分配,采用正确的熔体流动策略,提高模具的散热能力,改善模具的结构,缩短回火时间,优化铸件的结构,活化铝合金的抗腐蚀性能,提高压铸质量。
此外,针对不同的铝合金齿轮箱,还要研究对熔体的填充方式进行调整,例如垂直填充、波浪填充和剪切填充等等,以提高填充质量,减少模具表面的污染和气孔,同时也要保证由于熔体的快速冷却而造成的结构变形。
最后,研究铝合金齿轮箱的低压铸造工艺,必须优化实验设计,对各个工艺参数进行详细的调查研究,实现工艺参数与技术性能之间的最佳匹配,以改进产品结构,提高产品精度,满足高性能产品的要求。
CR400BF型动车组齿轮箱结构及应用分析
CR400BF型动车组齿轮箱结构及应用分析发布时间:2022-09-16T08:47:44.044Z 来源:《科技新时代》2022年第4期第2月作者:贾焕军1 史宏伟2 [导读] 高速重载是中国铁路的发展方向。
随着列车运行速度的提高和电气化铁路运营里程的贾焕军1 史宏伟2中车唐山机车车辆有限公司国铁服务事业部河北唐山 063000)摘要:高速重载是中国铁路的发展方向。
随着列车运行速度的提高和电气化铁路运营里程的不断延长,对车辆安全运行标准的要求也越来越高,因此动车组安全、准确、可靠地运行也越来越引起大家的关注。
齿轮箱作为动车组运行中动力传输的核心部件,其结构性能直接关系到车辆运行的安全性与稳定性。
就此,本文着重介绍动车组列车上常见的齿轮箱结构、功能及常见故障进行分析。
关键词:CR400BF型动车组;齿轮箱;结构;常见故障引文:一、齿轮箱结构、功能及技术参数高速动车组齿轮箱位于动力车车体底部,齿轮箱输出端安装在车轴上,输入端通过联轴器与牵引电机相连、通过吊杆组成与构架相连,牵引电机输出扭矩,通过联轴节传到齿轮箱,再通过一级减速齿轮箱将扭矩传输到动车轮对上,从而为车辆提供前进的动力。
1、齿轮箱结构和功能1.传动齿轮箱主要指大小齿轮、齿轮箱箱体及其各组件,是驱动装置的核心。
1.1齿轮:主、从动齿轮轮齿材料采用18CrNiMo7-6低碳合金钢渗碳硬化,传动比为73/29=2.429;1.2轴承:大轴承选用圆锥滚子轴承面对面,且贯通部位的轴承内圈均采用双向定位,外圈均采用单向定位,小轴承的安装配置方式为一端径向定位、轴向游动(NU轴承),一端径向定位、轴向固定(NU轴承+QJ轴承);1.3齿轮箱及润滑构造:为减轻齿轮箱的重量,整个齿轮箱箱体由高强度铝合金铸造而成;齿轮和各轴承的润滑均使用相同的润滑油,采取大齿轮旋转带动的飞溅润滑方式;1.4油面计:油面计有显示油量的上限线及下限线。
润滑油应控制在上限线与下限线之间;1.5飞石防护板:以防运行中飞石的打击,保护箱体。
高铁传动齿轮箱铸件的生产和质量控制
高铁传动齿轮箱铸件的生产和质量控制摘要:高速列车的动力驱动装置是高铁列车的核心部件之一,其作用是将牵引电机的扭矩有效地传递到车轴而使动车组加速,或者是将车轴的转矩传递给牵引电机发电而使动车组减速,其工作性能的好坏直接影响到高速动车组运行的可靠性和安全性。
箱体作为传动装置的关键零部件,其质量和性能至关重要。
目前,在我国运行的高速列车主要为引进消化吸收国外技术的CRH1、CRH2、CRH3、CRH5系列及自主研发的CRH380B、CRH380D系列,其驱动装置全部依赖国外进口,供应商主要是住友、弗兰德、福伊特、安捷达、东洋电机、戴维布朗、采埃孚等。
进口的齿轮箱不仅价格昂贵,而且在性能上不能满足我国高铁的发展需要,极大地制约了中国高速动车组关键零部件的技术发展和产业化进程。
关键词:高铁;传动齿轮箱;铸件;生产;质量控制引言齿轮箱动力传动装置是高速动车组的核心部件之一,其工作性能的好坏直接影响到高速动车组运行的可靠性和安全性。
制造业数字化、网络化、智能化是新一轮工业革命的核心技术,应该作为中国制造2025的制高点、突破口和主攻方向。
随着计算机技术的发展,仿真技术在制造领域的应用越来越广泛。
通过仿真分析得到与预期生产更为接近的试验结果,从而获得更加量化的投资决策依据,达到避免投资失误或浪费的目的。
在铸造业利用数字化虚拟技术,在虚拟环境下完成工艺设计、铸造生产和质量检验,解决预知的问题,可有效地从源头控制产品质量与效率。
1齿轮箱低压铸造工艺低压铸造由于有较高的补缩压力和温度梯度且充型平稳,能够有效地提高铸件的致密性,同时出品率高,广泛应用于有色合金的铸造。
笔者所在单位的齿轮箱生产采用的是低压砂型铸造,铸件工艺出品率达到70%以上;采用自硬呋喃树脂砂造型、制芯,使得铸件尺寸精度高,操作过程相对简单;采用计算机控制自动化浇注,工人劳动强度低。
铸造工艺设计特点:对半分型,采用平造立浇的方案,便于操作;为保证充型快速平稳,设计开放式浇注系统,其比例为∑F直浇道:∑F横浇道:∑F内浇道=1:(1.5~2):(2~3),通过浇注系统实现由下向上的整体压力补缩,采取多个内浇道同时注入,分散热节减少针孔倾向;采用多冷铁和铬铁矿砂工艺消除缩孔缩松或针孔缺陷,确保关键部位的内在质量和力学性能。
动车组齿轮箱定量注油机的研制
油运送 至现 场 ,免去 往返 运送 油 的时 间 。这 需要 废油箱高 度 不宜超 过1米 。 由于 油箱使 用 电动堆
有 一个 较 大 体 积 的油 箱 来 储 存新 齿 轮 箱 油 .同 高车来 实现移 动 ,堆高车 货 又长 度 为1米 ,故 油箱
时 也需 要考 虑 排 出的废 旧齿轮 箱 油如 何 方 便 回 长度 设计 为0.7米 ,货 叉宽度 为0.4米 ,及 油箱 宽度
现通 过 简单 计 算来 分 析 :以废 油 回收 桶容
积 为 10L计 算 ,全 列 共 有 120L油 需 要 回收 ,共 计
12N ,按 每 辆 三轮 车 可 运 送 2桶计 算 ,全 列 共 需
要 返 往6次方 可 完成 排油 过程 。另 外在 废油 回收
搬 运 过程 中不可 避 免 出现 废 油外 溢现 象 ,对 现
作者简介 :①杨凯顺:天津动车客车段,业务指导,工程 师 ( 闫华 维:天 津动 车客 车段,科 长,助 理 工程 师
· l3 ·
2016年 河 北 轨 道 运 输
减料 的现 象 ,例 如 加 油时 未 到标 准 范 围等 质量
以 下定量 注 油车 简易原 理 图 (图2)
上 的安 全隐 患 。
内 的 ,所 以有 些职 工就 掌握 最 低 标准 来 加 快作
业进 度 ,但 这是 以 眼前 利益 为 重 的表现 .待 车辆
运行 一段 时间后 ,未 到下次 换 油 周 期就 会 出现
大量 齿轮 箱 油位 过 低 的现 象 ,这 就会 给 一级 修
作 业带 来 巨大负 担 ,使 得 本来 就 非常 紧张 的 一
2 研 究 分 析
120L,回收废油 120L,因此 需要2个 油箱分 别 来存
浅谈动车组齿轮箱设计
浅谈动车组齿轮箱设计摘要:高速动车组齿轮箱是牵引电机与轮对之间动力传递的核心部件之一,对高速动车组的动力传输和安全运行具有十分重要的作用。
本文主要介绍动车组齿轮箱组成的设计参考因素、结构、运行参数。
关键词:动车组;齿轮箱组成;结构;参数1.引言近年来,随着高速动车组列车的不断发展,高速动车组列车已成为人们出行的主要工具之一。
为了构建和完善中国动车组技术标准体系、落实“走出去”战略要求,中国铁路总公司根据中国铁路自身发展的需求,决定研制具有自主知识产权的中国标准动车组。
中国标准动车组的研制对保持我国高速铁路可持续发展、推进高铁装备自主创新成果产业化、全面系统掌握高速铁路动车组及关键装备的核心技术具有重要意义。
2.齿轮箱设计因素驱动装置应能安全可靠地传递牵引力和制动力,应合理选取电机、齿轮箱与构架间的悬挂方式,避免共振,转向架结构应能有效厢离轮轨冲击对牵引电机等零部件的影响,齿轮箱用于将电机的高转速降低至车轮所需的转速。
齿轮箱箱体应具有足够的强度,应能够抗碎石打击。
齿轮箱应设温度传感器和烙断继电器,对大小齿轮的轴承均应进行监测。
齿轮箱应采用迷宫式密封设计,防止油泄漏,并设有油位检查装置,以便通过其判断是否需要补油。
3.齿轮箱组成齿轮箱组成是高速列车动力传递的关键部件,齿轮箱的服役可靠性将直接影响列车的运行安全,影响旅客的生命财产安全。
齿轮箱组成包括齿轮箱箱体、齿轮、轴承、联轴节、吊挂装置、密封件紧固件等,齿轮箱组成是一个复杂的弹性机械系统,其传动特点是转速高、受力复杂,齿轮箱不仅直接承受来自轨道不平顺引起的振动激励,还要承受系统本身由传递误差和时变咕合引起的振动激励,动态响应较为复杂,在特定频率激励往往出现超谐共振、亚谐共振等多种参数共振形式,对齿轮传动系统的服役将产生不利影响,严重的甚至会导致系统的共振失效。
齿轮箱组成图示如图1。
1-吊杆装置,2-联轴器,3-齿轮啮合观察窗,4-温度传感器,5-熔断器,6-分体式铝合金箱体,7-防石击护板图1 齿轮箱组成4.高速动车组齿轮箱选型高速动车组用齿轮箱有整体式和分体式两种,日系车一般采用整体式,欧系车一般采用分体式。
动车组车轴齿轮箱的研制_黄震威
2 动车组车轴齿轮箱的设计
车轴齿轮箱位于动车的下部 ,悬挂在动轴上 , 直接承受钢轨对轮对的冲击 ,工作条件非常恶劣 。 因此 ,车轴齿轮箱的箱体材质选用 ZG230 - 450 。其 强度高 ,韧性好 ,能够承受来自钢轨的冲击 。车轴 齿轮箱分为一级齿轮箱和二级齿轮箱 ,二级齿轮箱 比一级齿轮箱多装了一对圆柱斜齿轮 ,螺旋锥齿轮 部分完全一致 。它主要由输入轴 、中间轴 、输出轴 、 拉臂 、润滑系统等部分组成 ,一级齿轮箱如图 1 所 示 ,二级齿轮箱如图 2 所示 。一级齿轮箱齿数比为 23/ 39 ,二级齿轮箱齿数比为 35/ 48 ×23/ 39 ,采取先圆 后锥的布置方式 。每个车轴齿轮箱内均装有双向齿 轮油泵 ,使得机车在正、反向运行时都能供给润滑
表 2 车轴齿轮箱 (二级箱) 锥度油压配合参数
名称
动车组
GK1C型机车
压入行程 拆装油压 压入行程 拆装油压
输入法兰与输入轴 圆柱齿轮与输入轴 输出法兰与中间轴 圆柱齿轮与中间轴
/ mm
15 ±015 16 ±015 15 ±015 16 ±015
/ MPa 192 260 255 251
/ mm
图 3 输入轴 1 —法兰 ; 2 —油封 ; 3 —轴承盖 ; 4 —球轴承 ; 5 —滚子 轴承 ; 6 —圆柱齿轮 。
输入轴法兰的压入行程为 (15 ±015) mm ,最大 拆装油压为 192109 MPa ;圆柱斜齿轮的压入行程为 (16 ±015) mm ,最大拆装油压为 259197 MPa 。轴承 选用 FAG公司的产品 ,一种是 NU 型内圈无挡边圆 柱滚子轴承 (简称滚子轴承) ,用于承受径向负荷 ; 另一种是 QJ 型双半内圈四点接触球轴承 (简称四 点球轴承) ,用于承受双向轴向负荷 。由于四点球 轴承的外圈与轴承套或箱体之间有径向间隙 ,所以 四点球轴承不承受径向负荷 。为防止四点球轴承 的外圈转动 ,在其外圈上开一 45°斜槽 ,用止动销将
时速120km城际列车牵引齿轮箱的研制
第2期(总第213期)2019年4月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo.2Apr.文章编号:1672-6413(2019)02-0129-02时速120km城际列车牵引齿轮箱的研制沈启敏(太原重工轨道交通设备有限公司技术中心,山西 太原 030032)摘要:研制了时速120km城际列车牵引齿轮箱。
从齿轮箱设计参数、技术方案、计算分析等方面着手进行设计开发,并进行了样机的型式试验。
试验齿轮箱运转顺利,总体性能良好,满足列车使用要求。
关键词:城际列车;齿轮箱;结构设计中图分类号:U260.332 文献标识码:A收稿日期:2018-07-25;修订日期:2019-01-23作者简介:沈启敏(1983-),女,湖北襄阳人,工程师,硕士,主要从事轨道交通牵引齿轮箱的设计研发工作。
0 引言随着城市的发展扩大,高时速的城际列车逐渐成为主要的城际交通工具[1]。
2017年太原重工轨道交通设备有限公司针对国内某城际列车研制了时速120km列车牵引齿轮箱,并通过了样机的型式试验,达到了运用条件。
目前该齿轮箱已批量生产,并按照协议分批交付装车。
1 齿轮箱结构设计1.1 齿轮箱结构形式城际列车牵引齿轮箱采用分体式结构,采用一级圆柱斜齿轮传动。
齿轮箱输入轴通过联轴器与电机输出轴连接,输出齿轮与车轴以过盈方式连接;箱体通过吊杆与构架连接,在吊杆与构架连接处设有调整垫片组,用于调节齿轮箱与构架的垂向连接尺寸。
1.2 箱体设计齿轮箱的箱体采用上、下分体结构,分箱面通过车轴中心线并与水平面成45°角。
箱体外部分布了加强筋,能提高箱体的刚性、散热及抗振性能。
在箱体内部设置有油槽和挡油板,在飞溅式润滑条件下,保证在各种速度、负荷、温度和气候条件下齿轮和轴承有足够的润滑。
由于齿轮箱运行时转速较高,设计时加大了油箱的水平面积,以减少油量对垂向尺寸的敏感性,在保证润滑油量的前提下,降低齿轮搅油损失的同时提高了密封效果。
CRH380B高铁齿轮箱体的制造工艺与质量控制
收稿日期:2021-02-08作者简介:李志远(1988—),男,山西晋中人,毕业于大连理工大学机械工程专业,研究生,工程师,从事轨道交通车辆转向架零部件开发工作。
DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2021.04.14总第202期2021年第4期Total of202 No.4,2021创新发展现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and InformationizationCRH380B高铁齿轮箱体的制造工艺与质量控制李志远(智道铁路设备有限公司,山西太原030032)摘要:齿轮箱体是高速列车的关键性部件,也是列车加速性能及稳定性主要控制部件之一。
文章针对CRH380B高速动车组齿轮箱体的加工制造进行探究,分析该齿轮箱体质量控制标准以及产品设计加工的工艺流程,并针对其制造工艺以及质量控制水平的提升提出较有针对性的优化措施,致力于提升我国高铁齿轮箱体的质量,推动高速列车更加快速平稳地运行。
关键词:CRH380B高铁齿轮箱体;制造工艺;质量控制中图分类号:TG249文献标识码:A文章编号:2095-0748(2021)04-0033-02引言齿轮箱体的工作性能与高速列车组运行的可靠性和安全性有着密切的关联。
当前我国高铁齿轮箱体的生产和加工工艺相较于国外还有一定的差距。
在国产齿轮箱体的运行过程中,经常会出现漏油以及裂纹等问题,整体的质量与我国高速列车组的质量要求相差较大,很大程度上限制了高速列车制造和运行的质量。
要想更好地推动高速列车组运行的稳定性,就需要对国产高铁齿轮箱体进行优化升级,通过提升制造工艺以及加强质量控制等手段,提升高铁齿轮箱体的性能,缩短与国外先进制造水平的差距。
1高铁齿轮箱的质量控制标准在高铁齿轮箱制造控制过程中,其标准主要从两个方面来展开,首先是整个高铁齿轮箱体的内在质量,其次是高铁齿轮箱体的外部质量。
通过对我国高铁齿轮箱体的制造过程的调研和分析,并结合多年的生产实践得出,CRH380B高铁齿轮箱体的内在控制质量标准主要集中在其力学性能、制造性能以及抗腐蚀和氧化性能等方面。
自主跨座式单轨动车齿轮箱设计
自主跨座式单轨动车齿轮箱设计跨座式单轨交通车辆转向架是支撑车体的设备,而齿轮箱总成又是单轨列车转向架上的关键部件之一。
合理设计单轨齿轮箱结构对转向架性能具有极其重要的影响。
文章主要介绍了我公司与青岛四方车辆厂合作研发的跨座式单轨动车齿轮箱的结构设计特点。
标签:单轨齿轮箱;箱体;润滑;密封根据跨座式单轨车辆动力布置形式,单轨齿轮箱分为动车齿轮箱和拖车齿轮箱,动车齿轮箱与拖车齿轮箱主要区别在于是否带有输入驱动部件。
动车齿轮箱总成将驱动电机输出的动力,通过减速增矩后传递给走行系统,是确保车辆正常行驶的关键传动装置。
受制于单轨转向架紧凑的布置空间,制动盘和制动卡钳需设计在齿轮箱上,因此即使是拖车车辆,也带有拖车齿轮箱。
1 齿轮箱特点概述跨座式单轨车辆运行的轨道为一条宽为850mm的轨道梁,转向架为骑跨在轨道上的结构方式,基于这种特点,齿轮箱只能与驱动电机、联轴节一同布置于转向架外侧布置在轨道左右两侧,且采用全悬挂布置形式。
齿轮箱与驱动轴呈垂直布置,这就需要引入一对伞齿轮,将动力方向改变。
此布置形式,具有结构简单、占用空间少、在线维护便利等特点。
此外,跨座式单轨齿轮箱具有正反向行驶概率相等的特点。
也就是说,如果车辆以正向行驶时,伞齿轮会因轴向力而产生斥力,反之则两齿轮会紧并有导致卡死造成传动失效的可能。
因此,在齿轮箱方案设计时,可通过增加箱体轴承座的支撑刚性、增大轴承的接触角、加大轴承规格等方法加以解决。
在保证伞齿轮啮合吃色的同时,也需保证齿轮的侧隙。
而不同于一般地铁齿轮箱的运营环境,跨座式单轨车辆车体在转向架横向外侧设有防护板。
这种较密闭的结构空间会影响齿轮箱总成的通风及散热。
因此,只有合理设计齿轮箱內外部结构,才能满足这样苛刻的运营环境要求。
2 齿轮箱结构设计动车单轨齿轮箱总成主要由上下箱体、输入(伞)齿轮,中间齿,输出齿轮、7套轴承和润滑系统、密封系统及附件等组成,各零部件和功能系统之间相辅相成,互相配合,形成了整个齿轮箱系统。
高速铁路用新型齿轮箱
高速铁路用新型齿轮箱近年来,高速铁路的快速发展已经成为现代交通运输的重要组成部分。
为了确保高速铁路的平稳运行和安全可靠,齿轮箱作为驱动系统的核心部件扮演着重要的角色。
然而,传统的齿轮箱在高速铁路运行中面临一系列的挑战,因此迫切需要一种新型齿轮箱来满足不断增长的需求。
传统的齿轮箱通常采用直齿轮传动,其主要弊端是噪音大、能量损失高、寿命短等问题。
而高速铁路的运行环境要求齿轮箱具有更高的传动效率、更低的噪音水平和更长的使用寿命。
为此,研发新型齿轮箱就成为了亟待解决的问题。
一种应用广泛的新型齿轮箱是斜齿轮传动齿轮箱。
相对于直齿轮传动齿轮箱,斜齿轮传动具有传动效率高、噪音低的特点。
此外,斜齿轮传动还可以通过调整齿轮的轮齿数和齿面角等参数来达到理想的传动比。
斜齿轮传动齿轮箱的设计不仅体现了机械工程的创新思维,还充分考虑了高速铁路的具体需求。
除了传统的斜齿轮传动齿轮箱外,还有一种新型齿轮箱值得关注,那就是行星齿轮传动齿轮箱。
行星齿轮传动齿轮箱具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强等优点。
行星齿轮传动的工作原理是通过围绕太阳轮转动的行星齿轮与内齿轮连接并传递动力。
这种设计结构使得行星齿轮传动齿轮箱在高速铁路中具有更高的传动效率和更长的寿命。
除了齿轮传动的创新,新型齿轮箱的材料选择也非常重要。
传统的齿轮箱通常采用铸铁或钢材料,而在高速铁路运行环境下,这些材料容易受到高温和强烈震动的影响,从而导致寿命减少和传动效率下降。
因此,为了解决这个问题,新型齿轮箱通常采用先进的合金材料,如钛合金或高强度铝合金等。
这些材料具有更好的耐高温性能和抗震能力,可以确保齿轮箱在高速铁路环境中的可靠性和稳定性。
此外,新型齿轮箱还应考虑到维修和保养的便捷性。
高速铁路的运行时间长、运行速度快,齿轮箱的维修和保养往往需要尽快完成,以减少对列车运行的影响。
因此,新型齿轮箱应具有易于拆卸和组装的设计,以便维修人员快速进行故障排除和部件更换。
综上所述,对于高速铁路来说,新型齿轮箱是确保其运行平稳和安全可靠的关键。
动车联轴节及齿轮箱
地铁车辆联轴节及齿轮箱技术研究作者:杨迪【摘要】本文通过对上海一号线和二号线地铁车辆中联轴节及齿轮箱结构和功能的比较,为将来我国城市轨道交通车辆联轴节及齿轮箱部件的国产化设计提出合理化建议。
【关键词】联轴节齿轮箱国内铁路车辆转向架都是靠内燃机车头提供动力,车厢都为拖车。
所以国内设计人员在设计转向架时就没有涉及联轴节的问题。
但随着我国城市建设的快速发展,许多城市提出要进行地铁建设以改善日益严重的城市交通问题。
而一直靠进口外国地铁车辆,成本非常昂贵。
提高城市轨道的国产化将是我们的必由之路。
首先,让我们来了解一下联轴节和齿轮箱在地铁车辆转向架上的布置。
目前上海地铁车辆为6节编组,头尾两节拖车不提供动力,提供列车动力的是中间的4节动车。
这4节动车的转向架布置如图1(图为上海二号线动车半个转向架俯视图)。
传动原理为电动机(1)得电,电机转动,带动联轴节转动,联轴节再带动齿轮箱(2)中的齿轮转动,齿轮带动轮对转动,从而完成动力传动。
其次,让我们了解一下何谓联轴节。
联轴节的英文是coupling,意思是联结、接合、耦合。
所以顾名思义,联轴节就是牵引电机和齿轮箱之间的连接机构。
也许有人要问不要联轴节,直接连接牵引电动机和齿轮箱可不可以?答案是绝对不可以。
因为当AW3状态(即车辆满载乘客状态)时,车体状态相对于空车状态下沉,齿轮箱中心、联轴节中心和牵引电机中心不在同一直线上。
而在车辆运行时,连轴节、牵引电机和齿轮箱齿轮都要高速运转。
可以想像,如果没有联轴节的连接,电机和齿轮箱在不同平面直接铰合转动,其后果是非常可怕的。
下面我们来看看上海地铁车辆关于联轴节和齿轮箱的实际情况。
1 一号线联轴节和齿轮箱介绍一号线联轴节是个橡胶元件(如图2所示)。
它由3大部分组成,分别是两个橡胶元件(1)(2)和一个连接牵引电动机的法兰盘。
其内部是空心的,两个橡胶元件分别由两个佣硷螺丝固定。
定在牵引电机上,另一个固定在齿轮箱上。
联轴节两端是通过花键连接在电机和齿轮箱上的。
一种新型高速动车组齿轮箱
荣誉表彰
2020年7月17日,《一种新型高速动车组齿轮箱》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。
感谢观看
《一种新型高速动车组齿轮箱》所提出的新型高速动车组齿轮箱,齿轮箱主体内设有环形腔室,所述环形腔 室包括上部集油型腔和下部集油型腔,输入端轴承和输出端轴承分别与上部集油型腔和下部集油型腔连通,随着 输出端齿轮的旋转,润滑油在环形腔室内流动,从上部流入轴承内,对轴承润滑后返回下部集油型腔,实现润滑 油循环流动,一方面能够实现对齿轮和轴承的持续润滑,另一方面,通过润滑油的循环,能够加速散热,提高工 作稳定性。
2020年7月17日,《一种新型高速动车组齿轮箱》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。
(概述图为《一种新型高速动车组齿轮箱》的摘要附图)
专利背景
高速动车组齿轮箱驱动装置是保证高速列车持续稳定运行的关键零部件,是列车动力转向架的一部分。齿轮 箱一端固定在构架上,另一端安装在车轴上,并通过联轴器与动车组的牵引电机相连接实现动力传动。在齿轮箱 在高工况的工作过程中,箱体稳定性差,并且齿轮磨损严重。不仅齿轮之间啮合磨损严重,同时驱动轴与箱体之 间的轴承易于磨损,常规的齿轮箱内的润滑油只能对齿轮箱内部的齿轮进行润滑,无法解决轴承润滑问题。
附图说明
图1为《一种新型高速动车组齿轮箱》提出的一种新型高速动车组齿轮箱的结构示意图。 图2为该发明提出的一种新型高速动车组齿轮箱的齿轮箱主体的剖视示意图。 图3为该发明提出的一种新型高速动车组齿轮箱的输入端轴承的结构示意图。 图4为该发明提出的一种新型高速动车组齿轮箱的输出端轴承的结构示意图。