某地鐵齒輪箱傳動效率試驗研究

沈啟敏

(太原重工軌道交通設備有限公司 技術中心，山西　太原　030032)

0　引言

傳動效率是衡量齒輪箱性能的一項重要指標，對于軌道交通牽引齒輪箱該指標顯得尤為重要。齒輪箱的傳動效率可以通過理論計算來確定，但由于影響齒輪箱實際傳動效率的因素有很多，在進行計算分析時必須根據不同情況對各種系數值進行選擇或判定，這就導致計算結果只能是理論值，實際意義不大。如果單純采用試驗測定的方法，由于目前測試條件的局限性及各工裝的功率損失，會導致測試結果無法準確反映試驗齒輪箱的實際傳動效率。本文根據某地鐵齒輪箱在負載試驗臺上的效率試驗情況，并結合理論計算，確定齒輪箱的實際傳動效率。

1　某齒輪箱負載效率試驗

1.1　試驗方案

某地鐵牽引齒輪箱負載效率試驗在太原重工900 kW負載試驗臺上進行，試驗方案如圖1所示。其中，牽引電機用于為試驗系統提供轉速，扭矩傳感儀1主要用于測試整個試驗系統的輸入扭矩，扭矩傳感儀2主要用于測試整個試驗系統的輸出扭矩；陪試齒輪箱與主試齒輪箱規格、型號等情況一致，兩臺齒輪箱輸入軸用輸入聯軸器聯接；軸承座1、軸承座2用于支撐陪試齒輪箱，軸承座3、軸承座4用于支撐主試齒輪箱；負載電機用于為試驗系統提供轉矩。

1.2　試驗步驟及結果

試驗要求及步驟依照TB3134—2013中關于效率試驗的相關規定進行。圖2為齒輪箱負載效率試驗現場，試驗開始，轉速緩慢升至齒輪箱額定轉速后，按額定扭矩的25%、50%、75%、90%、100%逐級加載運轉，在試驗齒輪箱達到熱平衡后，進入下一級載荷。負載效率試驗結果見表1所示，其中，n1為扭矩傳感儀1處的轉速，T1為齒輪箱達到熱平衡后扭矩傳感儀1測得的扭矩平均值，n2為扭矩傳感儀2處的轉速，T2為齒輪箱達到熱平衡后扭矩傳感儀2測得的扭矩平均值。

圖1　齒輪箱負載效率試驗方案

圖2　齒輪箱負載效率試驗現場

工況(額定扭矩百分比)n1(r/min)T1(Nm)n2(r/min)T2(Nm)正轉253571536.443571640.63503573078.563573196.33753574616.153574752.50903575539.273575686.181003576153.223576302.63反轉253571536.853571649.18503573077.713573203.29753574615.623574758.62903575545.723575700.571003576155.853576321.72

2　試驗臺工裝功率損耗

針對試驗臺的結構特點，附加工裝引起的傳遞功率損耗主要由軸承座損耗和聯軸器損耗兩部分組成。

2.1　軸承座損耗

2.1.1軸承座空載損耗轉矩

圖1中的4個軸承座型號相同，軸承座中的軸承為球面滾子軸承。軸承座空載損耗基本計算參數見表2，其中υoil為工作溫度下潤滑油的運動黏度，n為軸承轉速，dm為軸承中徑，f0為計算系數。

表2　軸承座空載損耗基本計算參數

軸承座空載損耗轉矩為：

(1)

將相關數值代入式(1)計算得：TVL01=TVL02=TVL03=TVL04=2.695 N·m。

2.1.2軸承座負載損耗轉矩

軸承座不同工況下的等效軸承負載P1見表3。

表3　軸承座不同工況下的等效軸承負載P1

軸承座負載損耗轉矩為：

(2)

其中：f1為軸承損耗系數，f1=0.000 15；a和b為指數，a=1.35、b=0.3。計算得到不同工況下的軸承座負載損耗轉矩，見表4。

表4　不同工況下的軸承座負載損耗轉矩TVLP　Nm

2.1.3總損耗轉矩和功率損耗

總損耗轉矩為：

TVL=TVL0+TVLP.

(3)

功率損耗為：

(4)

各工況下軸承座功率損耗PVL計算結果見表5。

表5　軸承座功率損耗PVL

2.2　聯軸器功率損耗

試車臺輸入聯軸器為鼓形齒聯軸器，齒式聯軸器傳動效率ηC的參考值為0.99，考慮到聯軸器使用時的油潤滑情況，在本次計算時取聯軸器傳動效率ηC=0.995。

傳遞功率按額定功率P=230 kW進行計算，計算得到的聯軸器傳遞功率損耗見表6。

試車臺上軸承座及聯軸器總的功率損耗為：

PL=PC+ PVL.　(5)

3　齒輪箱傳動效率

該試驗臺上兩個扭矩傳感儀之間有兩臺齒輪箱，單臺齒輪箱傳動效率為：

(6)

其中：Pout為根據扭矩傳感儀2測得數據所計算出的各工況下達到熱平衡時輸出功率平均值；Pin為根據扭矩傳感儀1測得數據計算出的各工況下達到熱平衡時輸入端功率平均值。

計算得出的主試齒輪箱正、反轉時的傳動效率見表7。

表7　主試齒輪箱正、反轉時的傳動效率

4　結語

本文根據某地鐵牽引齒輪箱負載效率試驗情況，對試驗臺工裝功率損失進行計算，從而得出該齒輪箱的實際傳動效率。利用這種試驗與理論計算相結合的方式，能在現有試驗條件下避免工裝功率損失對試驗結果的影響，從而得到更為準確、可靠的結果，對同類齒輪箱試驗及結果分析具有一定的指導意義。

參考文獻：

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