CRH250 動車組萬向聯(lián)軸器檢修工藝的分析

徐匯音

(蘇州大學(xué) 陽澄湖校區(qū)，江蘇 蘇州215137)

0 引 言

目前，我國的動車組驅(qū)動裝置主要采用體懸或架懸的結(jié)構(gòu)方式，為保證輪對的自由運動，主要采用萬向聯(lián)軸器，以滿足動車組高速運行的動力學(xué)性能。在動車運行中，萬向聯(lián)軸器既要傳遞牽引力矩又要適應(yīng)各種復(fù)雜的運動關(guān)系，能否正常工作直接影響到列車的驅(qū)動性能和運動的穩(wěn)定性，因而要重視萬向聯(lián)軸器的檢測及維護。本文以CRH250 動車中的萬向聯(lián)軸器檢測及維護工藝進行分析［1-2］。

1 萬向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)原理

圖1 所示為CRH5 動車駔的萬向聯(lián)軸器，重量約為95.4 kg。一端連電動機，另一端連齒輪，其結(jié)構(gòu)是由伸縮軸、兩個具有叉形接頭和一個十字銷組成，用以傳遞兩軸間夾角可以變化、兩相交軸之間的運動。萬向接頭與軸用銷聯(lián)接，當(dāng)主動軸轉(zhuǎn)1 周時萬向聯(lián)軸器從動軸也將隨之轉(zhuǎn)1 周，兩軸的平均傳動比不變。為了避免從動軸與主動軸瞬時角速度的變化，傳動軸兩端各有一個萬向節(jié)，使傳動軸兩端的夾角相等［3］。

2 列車運行時的檢測原則

根據(jù)萬向聯(lián)軸器的使用情況，通常將其運行里程劃分為3 個階段。

2.1 列車在10 萬km 內(nèi)

列車在10 萬km 內(nèi)，檢車人員隨車檢查萬向聯(lián)軸器。主要檢測:①凸緣螺栓的緊固力矩，彈性擋圈是否就位;②軸承套顏色有無改變(此處主要是指溫度情況);③平衡配重是否處于正確位置;④潤滑嘴是否損壞;⑤涂層的可見區(qū)域是否完好無損;⑥萬向軸有無可見的損傷;⑦重新油漆的破損(劃傷)處，軸承套的潤滑脂損耗是否可見。

2.2 列車在行駛60 ～120 萬km 之后

當(dāng)行駛60 ～120 萬km 之后，必須對萬向聯(lián)軸器進行拆卸后檢查，根據(jù)檢查情況作出廢棄或可再加工的意見，同時決定是否需要更換相應(yīng)零部件?隨著運行里程的增加，萬向聯(lián)軸器出現(xiàn)損壞的可能性加大，此 階段的檢修環(huán)節(jié)最重要。

圖1 十字萬向軸聯(lián)軸器示意圖

2.3 當(dāng)行駛240 萬km 之后

各零件使用期限已到，不再作維護處理，直接報廢，更換萬向聯(lián)軸器。

3 萬向聯(lián)軸器的檢修工藝分析

列車在行駛18 萬km 后，要對萬向聯(lián)軸器的接頭重新潤滑。行駛60 ～120 萬km 之后，須將萬向聯(lián)軸器拆卸進行檢測，以確定萬向軸是否可以重新使用?要作出決定:廢棄或可再加工?還是需要更換部件?下面以行駛60 萬km 后的萬向聯(lián)軸器檢修主要工序進行分析。

3.1 目視檢查

首先進行目視檢查，再根據(jù)情況進行處理。具體處理方案:①管段有無損傷，蓋管上有無損傷(盡可能由供應(yīng)商進行再加工);②軸承套底部顏色是否改變(軸承失效，更換);③軸承套潤滑脂有無損耗(油跡可見，更換);④在凸緣板上有無可見的磨擦腐蝕(檢查凸緣螺栓連接);⑤滑脂嘴是否損壞;⑥所有彈性擋圈是否就位;⑦檢查接頭可否自由運動(有無任何可見的沖擊運動，更換);⑧檢查長度補償裝置能否自由運動(有無銹蝕?白色潤滑脂?);⑨套筒的密封區(qū)是否已油漆?⑩密封條損壞(盡可能由供應(yīng)商進行再加工)，在行駛180 萬km 后，接合處沒有再潤滑(直接更換)［4］。

3.2 彎曲測量

彎曲測量過程見圖2。使用配平機進行檢查:將量規(guī)置于焊接管套后20 mm 的蓋管夾緊裝置的焊接處之后，將量規(guī)調(diào)整至0°位置的“0”處。將萬向軸轉(zhuǎn)動180°，讀“彎曲量b”。扣除由于臺架自重造成的自彎曲影響。軸合并長度值 為1 940 mm，伸展值為55 mm。允許的彎曲量bmax值0 ～5 mm;如果測得的值超過bmax，則應(yīng)更換萬向軸。

圖2 萬向軸的彎曲測量

3.3 彎曲力矩測量

使用彎曲力矩測量裝置，要求彎曲力矩的范圍在11 ～27 N·m;通過調(diào)整彈性擋圈厚度達到彎曲力矩在有效范圍內(nèi)［5］。

3.4 對接頭軸向間隙的調(diào)整

對于接頭的“松弛”，應(yīng)采用錘擊套箍臂的方式處理;檢查叉中與軸向間隙有關(guān)的接頭。接頭每個軸線方向的彎曲力矩都必須在11 ～27 N·m;如果接頭的實際值較高或較低，則須調(diào)整彈性擋圈的厚度;在選擇其他彈性擋圈的厚度時，應(yīng)考慮到萬向軸中段的拉伸。使用通止規(guī)來檢查彈性擋圈配合是否正確，保證所有彈性擋圈均就位且正確配合［6］。

3.5 拉伸測量

通過彈性擋圈厚度對彎曲力矩的調(diào)整;裝配到配平機上的軸;需要測量3 個位置:管段中部穩(wěn)定值為0～3 mm;套筒段(焊縫旁)穩(wěn)定值為0 ～2 mm;距管套箍與管的焊縫200 mm 處穩(wěn)定值為0 ～2 mm。

3.6 重新配平

萬向聯(lián)軸器的配平是在配平機上完成，對配平機的技術(shù)要求:允許速度n =3 600 r/min(系統(tǒng)(軸+配平機)的臨界彎曲速度)，必須與配平速度有較大差距);配平機法蘭h6 的對中直徑(H7/h6 配合)，并按照萬向聯(lián)軸器特定的幾何形狀調(diào)整好配平機。

3.6.1 萬向聯(lián)軸器在配平前的條件

未重新潤滑(接頭和長度補償裝置);接頭的拉伸和彎曲力矩已被調(diào)整至規(guī)定值;凸緣板和凸緣叉對中外廓清潔且無損傷;彎曲值處于規(guī)定范圍內(nèi);所有彈性擋圈均就位且正確配合;配平長度1 945 mm(55 mm延長段)。

3.6.2 配平過程

對配平機的校準(zhǔn)必須使用一根規(guī)定的校準(zhǔn)軸來進行。校準(zhǔn)軸的特性:長度補償裝置鎖定在55 mm 延長段(不能有彎曲和/長度補償裝置);接頭彎曲力矩調(diào)整至較高值(25 ～30 N·m);彈簧加載叉(消除軸向間隙);接合軸承中的徑向間隙減小;質(zhì)量分布與系列軸類似;較高等級的配平質(zhì)量精度等級?G16;涂有藍(lán)色油漆。

當(dāng)校準(zhǔn)軸安裝在配平機中時，對軸不應(yīng)施加任何軸向預(yù)加載荷，否則會導(dǎo)致管彎曲，可能影響配平結(jié)果［7-11］。

3.6.3 配平試驗

配平試驗要消除對中直徑間隙造成的影響，需對萬向聯(lián)軸器在不同位置測試2 次。第1 次，與機器夾具成0°;第2 次，軸相對機器夾具調(diào)轉(zhuǎn)180°，不平衡值的差值可被作為校正因素。對于使用中的軸，其平衡精度等級為G16，平衡精度等級最大允許值為G40，將平衡配重固定在配平環(huán)中;標(biāo)出平衡配重的位置，使用黏合劑將螺釘鎖緊。需要配平認(rèn)證，其值應(yīng)從第2 次試驗中獲得［10-12］。

3.7 重新潤滑接合處和長度補償裝置

重新潤滑接頭1，直至密封圈處可看到新的潤滑脂;對長度補償裝置2 重新潤滑，最多可至200 g 最大量，甚至直至密封圈處可看到新潤滑脂(見圖3)。

圖3 接合處和長度補償裝置

完成上述任務(wù)，就可以重新裝配使用。以上是對列車運行60 萬km 后萬向聯(lián)軸器的檢修工藝，當(dāng)列車運行120 萬km 之后，除完成前面的工序外，還需要拆卸長度補償裝置，對長度補償裝置進行檢查，如明顯磨損的要更換萬向聯(lián)軸器。還要注意的安全事項:①長度補償裝置可能脫落注意有人身傷害危險;②萬向軸凸緣叉的運動，也同樣要注意有人身傷害危險［13-14］。

4 結(jié) 語

萬向聯(lián)軸器在高速列車運行中，既要傳遞牽引力矩又要適應(yīng)各種復(fù)雜的運動關(guān)系，能否正常工作，直接影響到行車安全。尤其是高速列車，通過對萬向聯(lián)軸器在不同里程區(qū)間的檢修工藝分析，有助于操作人員按照正常的工藝流程進行檢測和維護，以保證萬向聯(lián)軸器安全可靠，滿足列車的運行性能，這對保證高速列車運行安全意義重大［15］。

［1］ 羅 赟，金鼎昌.架懸機車驅(qū)動裝置懸掛參數(shù)規(guī)律的研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2007，28(4):36-42.

［2］ 張紅軍，姚 遠(yuǎn)，羅 赟，等.CRH5 型動車萬向軸傳動系統(tǒng)技術(shù)特征分析［J］.鐵道學(xué)報，2009，31(2):115-119.

［3］ 徐匯音，祖國慶. 機械設(shè)計基礎(chǔ)［M］. 重慶:西南交通大學(xué)出版社，2006.

［4］ Schmelz F，Aucktor E.萬向節(jié)和傳動軸［M］. 北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.

［5］ 張 健，俞學(xué)升. 萬向聯(lián)軸器的故障分析與改進［J］. 機械工程師，2010(10):132-133.

［6］ 唐儀軍，馬科篤.RTY400 壓縮機聯(lián)軸器故障分析與處理［J］. 機械工程師，2008(2):136.

［7］ 程 玉，趙華新.SWC 型十字軸萬向聯(lián)軸器的有限元分析［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010，10(4):7-9.

［8］ 仝基斌，晉 萍. SWL550 型十字軸萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)建模及有限元分析［J］. 工程圖學(xué)學(xué)報，2011(2):31-42.

［9］ 劉 鶯，李友榮，劉安中.軋機十字軸式萬向聯(lián)軸器的有限元分析［J］.重型機械，2007(4):48-51.

［10］ 柯尊忠，張宏梅，黃 康等. 無螺栓十字軸萬向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，23(1):91-94.

［11］ 劉天祥，張吉軍.十字軸式雙萬向鉸鏈機構(gòu)的傳動分析［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2005，17(5):41-44.

［12］ 朱福先，周金宇，陳菊芳. 基于有限元的十字軸萬向聯(lián)軸器接觸力學(xué)特性分析［J］. 煤礦機械，2010，31(11):101-103.

［13］ 鐘文生，肖守訥，劉恒瑜. 高速萬向軸式動力車轉(zhuǎn)向架輕型構(gòu)架的開發(fā)與試驗研究［J］.鐵道學(xué)報，1998，20(2):32-37.

［14］ Leva S，Morando A P，Colombaioni P. Dynamic analysis of a highspeed train［J］. Vehicular Technology，2008，57(1):107-119.

［15］ 李惠斌，尚玉成，吳際彬，等. 滾珠萬向軸在精品螺紋鋼軋制中的應(yīng)用［J］.河北冶金，2011，188(8):63-64.