TY270型隧道牽引車(chē)車(chē)軸齒輪箱的設(shè)計(jì)

曹亞玲

（太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山西 太原 030009）

0 引言

太原軌道交通裝備有限責(zé)任公司在2008年設(shè)計(jì)、制造了用于隧道施工、維修、保養(yǎng)的隧道牽引機(jī)車(chē)。該隧道牽引車(chē)要求具有較理想的牽引性能（最大牽引力為50kN，5／1 000 坡道牽引90t的運(yùn)行速度達(dá)40 km／h以上）、起步平穩(wěn)、加速快、換檔沖擊小、制動(dòng)性能好，同時(shí)需滿足最小曲線通過(guò)半徑30 m、軌距900 mm、軸距2 600mm 的要求，另外，還需在隧道內(nèi)有積水達(dá)400mm 的情況下正常工作。

隧道牽引車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱帶動(dòng)傳動(dòng)軸，通過(guò)車(chē)軸齒輪箱將動(dòng)力傳遞到輪對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)整車(chē)的運(yùn)行，其中發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱采用的都是國(guó)外原裝進(jìn)口的產(chǎn)品，而車(chē)軸齒輪箱是由太原軌道公司自主開(kāi)發(fā)研制的，本文重點(diǎn)介紹其研發(fā)過(guò)程。

1 隧道牽引車(chē)車(chē)軸齒輪箱的總體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 車(chē)軸齒輪箱總體結(jié)構(gòu)

車(chē)軸齒輪箱主要由上箱體、下箱體、輸入軸、中間軸、輸出軸、潤(rùn)滑系統(tǒng)、拉桿裝配等部分組成，如圖1所示。

1.2 車(chē)軸齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)

車(chē)軸齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)如下：

軸重Pμ（t）： 13；

輪徑Dk（mm）： 760；

輸入功率P（kW）： 47；

輸入最高轉(zhuǎn)速n（r·min－1）： 1 365；

圓柱齒輪減速比： 43／21＝2.048；

弧齒錐齒輪減速比： 44／21＝2.095；

總減速比： 4.29。

2 車(chē)軸齒輪箱的設(shè)計(jì)及主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隧道牽引車(chē)為兩軸車(chē)，每個(gè)車(chē)軸上都懸掛有一個(gè)齒輪箱，由于車(chē)軸齒輪箱直接承受著軌道對(duì)輪對(duì)的沖擊，工作條件惡劣，因此箱體的材質(zhì)必須強(qiáng)度高、韌性好，選用ZG230－450能很好地滿足需求。車(chē)軸齒輪箱為二級(jí)立式齒輪箱：一級(jí)為法蘭輸入端、一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)；二級(jí)為一對(duì)格利森弧齒錐齒輪傳動(dòng)，輸出扭矩到車(chē)軸上。圓柱齒輪、格利森弧齒錐齒輪的材料采用20CrMnMoA 或17CrNiMo6。車(chē)軸齒輪箱內(nèi)單獨(dú)安裝有雙向齒輪泵，通過(guò)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)強(qiáng)迫潤(rùn)滑各軸承室內(nèi)的軸承，而齒輪間的潤(rùn)滑則采用飛濺潤(rùn)滑的方式。

圖1 雙級(jí)車(chē)軸齒輪箱總圖

2.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

輸入軸裝配結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要由輸入法蘭、軸承蓋、密封圈、輸入軸、圓柱齒輪、調(diào)心滾子軸承等組成。輸入法蘭和圓柱齒輪通過(guò)不同規(guī)格的矩形花鍵安裝在輸入軸上，這種聯(lián)接方式不僅結(jié)構(gòu)可靠、拆裝方便，而且加工精度比圓錐面過(guò)盈聯(lián)接更可靠。輸入軸整體調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB230～HB270，壓裝調(diào)心滾子軸承的軸徑部位淬火處理，硬度為HRC45～HRC50，深度為1mm～2mm。因隧道牽引車(chē)走行部空間有限，與之配套的車(chē)軸齒輪箱在滿足功能要求的前提下，結(jié)構(gòu)必須盡可能緊湊，故此輸入軸整體長(zhǎng)度偏短，裝配完成后，輸入法蘭正好巧妙地位于上箱體外凹入的部分，而沒(méi)有象常規(guī)的那樣突出箱體外很長(zhǎng)距離，從而節(jié)約了空間。輸入軸選用調(diào)心滾子軸承，這種軸承除了有很高的徑向負(fù)荷承載能力之外，還可以承受作用在兩個(gè)方向的軸向負(fù)荷。輸入軸軸端采用了有副唇的、內(nèi)包骨架的密封圈。輸入法蘭與變速箱的輸出法蘭之間通過(guò)萬(wàn)向軸相連接。

圖2 輸入軸裝配結(jié)構(gòu)

2.2 中間軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中間軸裝配結(jié)構(gòu)如圖3所示，它主要由端蓋、軸承套、圓錐和圓柱滾子軸承、圓柱齒輪、弧齒錐齒輪軸等組成。圓柱齒輪通過(guò)過(guò)盈配合壓裝在弧齒錐齒輪軸上，壓裝時(shí)應(yīng)先用感應(yīng)加熱器將圓柱齒輪內(nèi)孔加熱之后再安裝，加熱溫度不應(yīng)超過(guò)200 ℃。為了修理時(shí)拆卸方便，圓柱齒輪上還設(shè)計(jì)有45°注油孔及內(nèi)環(huán)槽。中間軸選用了圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承，圓柱滾子軸承選用的是內(nèi)圈無(wú)擋邊、內(nèi)外圈可分離結(jié)構(gòu)，中間軸的受熱伸長(zhǎng)可通過(guò)內(nèi)外圈的錯(cuò)位來(lái)補(bǔ)償。

圖3 中間軸裝配結(jié)構(gòu)

2.3 輸出軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

輸出軸裝配結(jié)構(gòu)如圖4所示，它主要由調(diào)整螺栓、壓蓋、密封填料（盤(pán)根）、圓錐滾子軸承、弧齒錐齒輪、油泵齒輪、油封等組成。

輸出軸實(shí)際指的是隧道牽引車(chē)輪對(duì)組成中的車(chē)軸，弧齒錐齒輪采用加熱方式套裝在車(chē)軸上，通過(guò)0.207mm～0.256 mm 的過(guò)盈配合將發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸傳遞到齒輪箱的動(dòng)力輸出到車(chē)軸、車(chē)輪上，使輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)前行。油泵齒輪也采用加熱方式套裝在車(chē)軸上，只是因?yàn)閭鬟f功率很小，過(guò)盈量只有0.068mm～0.133mm。兩齒輪采用熱安裝方式，可使車(chē)軸軸身上沒(méi)有聯(lián)接鍵槽，能夠有效地防止斷軸等重大行車(chē)事故的發(fā)生。輸出軸選用了兩組單列圓錐滾子軸承來(lái)承受兩個(gè)方向的聯(lián)合負(fù)荷，軸承軸向間隙的調(diào)整也很簡(jiǎn)捷。

由于隧道牽引車(chē)的工作環(huán)境通常比較惡劣，有時(shí)甚至在深達(dá)400mm 的積水中工作，其車(chē)軸齒輪箱的外部經(jīng)常會(huì)部分浸泡在水中作業(yè)，因而傳統(tǒng)的迷宮密封已不能阻止環(huán)境中的氣、水、粉塵等從齒輪箱位置較低的輸出軸侵入到齒輪箱箱體內(nèi)。為解決這一問(wèn)題，在此車(chē)軸齒輪箱軸端采用了非接觸型動(dòng)密封之迷宮密封和接觸型動(dòng)密封之盤(pán)根密封相結(jié)合的組合密封結(jié)構(gòu)，這樣，即使隧道牽引車(chē)是在比較惡劣的環(huán)境中工作，其車(chē)軸齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)依然保持良好。

圖4 輸出軸裝配結(jié)構(gòu)

2.4 潤(rùn)滑系統(tǒng)

潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5 所示，它主要由油泵、分油器、液壓膠管、各種管接頭、管卡等組成。車(chē)軸齒輪箱的潤(rùn)滑非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)齒輪箱運(yùn)行的安全性、可靠性及箱體內(nèi)各軸承、齒輪的使用壽命。TY270型隧道牽引車(chē)車(chē)軸齒輪箱采用的是雙向齒輪泵強(qiáng)迫潤(rùn)滑和飛濺潤(rùn)滑相結(jié)合的方式。一方面，由雙向齒輪泵將潤(rùn)滑油通過(guò)主管路輸送到分油器，分油器再將潤(rùn)滑油一分為五，分送到輸入軸的兩個(gè)軸承室、中間軸的一個(gè)軸承室、輸出軸的兩個(gè)軸承室；另一方面，中間軸安裝圓柱滾子軸承的軸承室、油泵齒輪、各圓柱齒輪、各弧齒錐齒輪等，則采用了飛濺潤(rùn)滑的方式。

2.5 拉桿裝配

拉桿裝配結(jié)構(gòu)如圖6所示，它主要由拉桿、橡膠緩沖墊、壓蓋、調(diào)整螺母、銷軸、關(guān)節(jié)軸承等組成，它的一端通過(guò)橡膠緩沖墊等與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架相連接，另一端則通過(guò)銷軸、關(guān)節(jié)軸承等與車(chē)軸齒輪箱的拉桿座相連接。拉桿裝配的主要作用是吸收減緩隧道牽引車(chē)因?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中受到來(lái)自軌道的振動(dòng)沖擊而產(chǎn)生的輪對(duì)與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間的橫向及垂向位移，并承受車(chē)軸齒輪箱產(chǎn)生的反作用力矩。

圖5 潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

2008年底，太原軌道交通裝備公司生產(chǎn)的TY270型隧道牽引車(chē)順利交付用戶使用，車(chē)軸齒輪箱作為該車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，至今工作狀況良好，完全滿足隧道牽引車(chē)的使用要求。TY270 型隧道牽引車(chē)車(chē)軸齒輪箱的成功研制，不僅提高了公司隧道牽引車(chē)系列產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也為公司進(jìn)一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)城市地鐵作業(yè)車(chē)、冶金礦山牽引車(chē)等積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖6 拉桿裝配結(jié)構(gòu)

［1］ 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.