對電力機車牽引電機小齒輪失效的探討

摘 要：工礦電力機車的工作條件，電力機車牽引電機小齒輪失效情況所存在的問題和目前我們在檢修過程中需要注意的事項及在檢修齒輪安裝工藝上的設想。

關鍵詞：工礦電力機車；電機小齒輪；安裝工藝

前言

歪頭山礦是一九七零年國家投資興建的大型黑色金屬礦山，經過四十余年的開采，目前是深部開采，擔負著礦巖運輸任務的主要設備是直流150噸電力機車雙側傳動，隨著開采時間的延長，備件資金等方面的影響，各種修理難以得到保證，外加運輸線路不規范，致使電機車各種事故頻發，影響到電機生產效率，也影響到生產任務的完成，反映的眾多問題集中在牽引電機上，電機整流不好，燒前壓環，小齒輪脫緩及折斷，已引起各方面的關注，目前正積極努力采取措施消除不良的隱患，確保設備的良好。

1 工礦電機的工作條件

1.1 鐵道條件，礦山的鐵道路基較差，彎道半徑小，采場及排土場多是移動線路，水平較差，上下波動大，鐵路上常有礦石影響，使電車受到巨大的沖擊和振動，反映到齒輪的傳動上，處在最惡劣的條件下工作，按照設計規范150噸電車最小曲線半徑R=80米，而我礦山由于條件所限達不到80米，有的地方曲線半徑65-70米，這樣電車在曲線上，小齒輪軸向串動使側嚙合力不同，往往影響使用壽命或造成齒的折斷，有時往往把電機軸折斷，這是我主要的論述重點。

1.2 接觸網的條件：礦山鐵道多是采用臨時接觸網，電機車受電條件較差，尤其是在裝卸區只使用旁弓與接觸網產生不良接觸，使電機電器受到有害電流的沖擊，電機及電源接觸器的燒損都與此因素有直接的聯系。

1.3 電源條件：由于牽引變電所負載變化大，電車與變電所的距離加大，致使接觸網電壓波動也大，這樣在裝卸區頻繁冒弓使得無論對電器與機械沖擊都是非常嚴重的。

直流電力機車牽引電壓波動范圍規定額定值的67-120%，而我礦最低到800-900伏，還有環境條件、限界條件、運行條件等，因此，工礦電力機車工作環境相當惡劣。所以，要求在產品設計及制造必須符合這些要求，在檢修及維護上應盡力改善條件。隨著礦山向深部開采和采掘量的增加，礦山鐵道運輸的坡道運距運量都相應增大，因此，采用更大機車牽引力保證良好機車性能。

2 在檢修中應注意的問題

在工礦電機車運行過程中，小齒輪是電力機車牽引力傳遞的主要部件，但是，由于受運行條件的影響經常造成小齒輪折斷及失效而頻繁更換，給生產和檢修帶來很大麻煩。主要原因有以下幾點：

2.1 齒的磨損

我們知道齒輪產生磨損主要原因由于雜質金屬以及塵土等進入齒的工作面，齒的光潔度不夠或潤滑油不足也是造成研磨的主要原因。齒面的磨損，將降低齒的工作強度，由于磨損所造成的齒形誤差，將使運動不平穩，從而產生附加載荷及噪音，開式齒輪傳動使磨損比較嚴重，雖然電機車是閉式齒輪傳動，但是運行中齒輪盒經常受到鐵道內的巖石磨損，經常進入齒輪盒內部部分雜質，造成齒輪磨損。

2.2 齒的折斷

齒輪象一個懸臂梁，受載以后齒根處彎曲應力最大，再加上齒根過渡部分尺寸發生急劇變化，以及沿齒寬方向留下的加工刀痕，引起應力集中。

如果齒工作時產生的彎曲應力的數量值和應力循環次數超過一定限度時，就會在應力集中的根部產生疲勞裂紋，疲勞裂紋的擴展導致齒的折斷。嚴重的過載或沖擊載荷也可能導致齒輪的折斷，尤其是在曲線半徑小，移動線路水平距離高低差較大，齒輪基本上是在這兩種載荷狀態下運行，所以齒折斷的機會更大。由于齒輪軸和支座的變形或制造安裝的偏差使載荷集中齒的某一部分也可能造成齒的折斷。

2.3 齒的潤滑狀況

潤滑良好的閉式齒輪傳動常見于齒表面失效形式為點蝕，即迷疲勞磨損。反映到我車間電車檢修時也是經常出現所見的點蝕僅為大大小小的磨點，最后聯成一片，形成明顯的損傷。

2.4 小齒輪傳統安裝工藝

我們知道齒輪與支座的變型或制造安裝偏差都會造成齒輪載荷不均，針對此情況我們提出改進裝配工藝，傳統辦法是從動齒輪裝好后，落入主電機上，從動輪一側大齒輪與主電機一側小齒輪嚙合正常作標準，而另一側小齒輪與從動輪大齒輪的嚙合是小齒輪加熱沿大齒輪螺旋角裝入，這樣來保證兩側大小齒輪嚙合角相同，使齒輪傳動時，同時進入嚙合區，防止兩側進入嚙合受力不均，缺點是：如果小齒輪軸面有傷，推裝不到位，僅憑經驗是看不出來的，這樣嚙合面保證不了，而且大齒輪齒廊磨損，延著螺旋角旋入也很難保證組裝的精度。

另外，大齒輪與電機小齒輪組裝后需把大齒輪用輪箱固定在電機上，這時工作人員往往忽略了一點就是齒輪箱的止口是否完好，硬性用螺栓固定往往使齒受力加上在曲線受到沖擊很易折斷。

所以，小齒輪與電機組裝時，軸必須光滑無損傷，無斑痕，這樣保證足夠接觸面，有時做不到這一點受到外力的小齒輪就會遲緩脫落，造成電機軸和小齒輪報廢。而且情況是比較嚴重的。

3 問題解決方法

3.1 只將一主動小齒輪加熱套在牽引電機器電樞軸上，然后將電機吊入專用工具臺上，以套好主動小齒輪溝定位，熱套另一主動齒輪。

3.2 熱套前只將另一主動小齒輪松套在電樞上進行調節定位，通過象限儀側及另端小齒輪偏差角相等后，將該小齒輪退出并加熱待升到規定溫度再放入專用工具臺套裝（專用工具臺放在專用定位支架上，在支承架上作平行移動的方向旋入，經象限儀定好度，主動齒輪也可以采用標準輪對的方法安裝，即以雙邊壓好從動輪的輪對作標準來安裝，這種方法簡單而且提高工作效率。但當齒輪螺旋角較大時，熱套裝需要沿螺旋角扭動來裝入，此工藝是湘潭電機廠專利，我車間有一臺仿型設備需改進的，參照電機工程手冊第六卷及有關機械零件教科書）此種方法是采用定位側量方法，保證了齒輪的嚙合精度，保證兩側齒輪同時進入嚙合區使每個齒受力相等，也能避免折齒現象發生。通過幾年的生產與實踐，我認為齒輪的折斷主要是礦山生產條件特殊性，需要我們不斷提高認識，從各個方面采取措施，使檢修工藝不斷改進，采用先進工藝確保齒輪裝配精度也是避免齒輪折斷主要方法，這是我們在設備檢修過程中的粗淺認識。

3.3 由于電力機車的工作條件十分惡劣，為了減少齒輪的磨損，我們讓電力機車司機交接班時隨時檢查電機車的每個齒輪盒是否完好。有破損的，及時回庫更換，每班認真檢查齒輪盒是否漏油或缺油現象，發現時及時處理。檢修更換小齒輪時，認真檢查小齒輪表面光潔度，光潔度不夠的禁止使用。

3.4 在電力機車的使用中，嚴格控制司機啟動機車時啟動過快，要逐級增速。正反向運行時，不要動作過快，等電機車停穩后再反向提速。在加工工藝上，限制加工小齒輪時的根切現象。

4 實際效果

以上幾個簡單的改進方法，經過一段時間的運行，效果很好，更換小齒輪的頻次由原來的月更換變成了一季度更換，大大減輕了檢修人員的檢修強度，減少了電力機車的回庫修時間，提高了電力機車的開動率。

參考文獻

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作者簡介：婁秀清（1963-），女，機械設備安裝與管理專業。