地鐵車輛齒輪箱故障分析與改進(jìn)

魏廣會

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

地鐵車輛在運營過程中，轉(zhuǎn)向架作為其最重要的系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響到運營安全，齒輪箱又作為轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的最重要部件之一，齒輪箱的作用是通過聯(lián)軸節(jié)傳遞電動機產(chǎn)生的扭矩并驅(qū)動車輪，傳遞地鐵車輛的牽引力。齒輪箱因其功能及結(jié)構(gòu)的特殊性，是轉(zhuǎn)向架中故障率最高的部件，其性能直接決定轉(zhuǎn)向架的運用性能。本文以某城軌地鐵車輛作為研究對象，對城軌地鐵齒輪箱故障分析并提出改進(jìn)方向。

1 齒輪箱原理與構(gòu)成

地鐵車輛有兩種車型組成，分為動車和拖車，其中不帶動力的車輛為拖車，帶動力起到傳遞能量的是動車，動車上懸掛有牽引電機和齒輪箱，動車通過接收受電弓傳遞的電能，驅(qū)動牽引電機旋轉(zhuǎn)，主要通過電力傳動方式，實現(xiàn)動能的變換和傳遞。齒輪箱作為變速機構(gòu)，將牽引電機較高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為合適的輪對轉(zhuǎn)速，從而驅(qū)動地鐵車輛前進(jìn)。地鐵車輛用驅(qū)動齒輪箱位于動力車體底部，一端懸掛在車軸上，一端導(dǎo)掛在構(gòu)架上。列車在高速運行中，軌道的沖擊直接作用于齒輪箱上。

2 齒輪箱潤滑方式

地鐵車輛在正線運行時，由于線路工況復(fù)雜，轉(zhuǎn)向架頻繁受到來自軌道的振動和沖擊，為了提高齒輪箱的性能，保證箱內(nèi)各部件的壽命，在設(shè)計過程中必須采取可靠的潤滑和密封措施。齒輪箱的軸承與齒輪的潤滑方式正是通過齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動箱內(nèi)潤滑油的流動，產(chǎn)生飛濺油霧來潤滑的，即“飛濺潤滑方式”，作用在齒輪與齒輪之間的嚙合面及箱體其它部位，實現(xiàn)對齒輪箱的冷卻和潤滑，齒輪箱下箱體上有一個油標(biāo)，其上面有二條水平線，分別代表油位的最高油位、最低油位。正常工況下，油液面必須保持在最高油位和最低油位所示的兩線之間。

3 齒輪箱常見故障與處置

齒輪箱是齒輪工作的箱體，一般情況下，齒輪箱出現(xiàn)故障，主要是齒輪、傳動軸和軸承3個部分出現(xiàn)問題，表現(xiàn)出來的故障有齒形誤差、齒輪均勻磨損、斷齒、軸不對中、軸彎曲、軸不平衡、軸向竄動、箱體共振、漏油等。而地鐵齒輪箱漏油現(xiàn)象是比較常見的齒輪箱故障模式之一，主要原因有以下幾種：合箱面滲油、軸承密封漏油、端蓋排氣孔漏油、加油口和排油口漏油等。齒輪箱各部件出現(xiàn)的漏油、滲油，不僅會影響各部件表面工作狀態(tài)，甚至?xí)过X輪箱內(nèi)部其他小零件潤滑能力下降，從而加劇溫度升高，使內(nèi)部零件出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，最后導(dǎo)致齒輪箱的其他的相關(guān)部件損壞。所以做好對地鐵齒輪箱漏油原因的分析，并采取一些相關(guān)的措施解決這一問題，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

3.1 迷宮密封故障

迷宮密封故障可能有以下原因：齒輪箱在設(shè)計及制造過程中，由于迷宮密封設(shè)計不良或組裝質(zhì)量不佳，導(dǎo)致齒輪箱迷宮密封等部位裝配公差過大，迷宮密封處油氣容易滲出；加注齒輪箱潤滑油過多，導(dǎo)致油位超出上刻度線，油位偏高會造成油氣從迷宮處逸出。

具體解決措施有：將適量齒輪箱潤滑油放出，調(diào)整油位至中刻度線附近，將油氣污染的齒輪箱外表面進(jìn)行清潔，定期觀察齒輪箱油位，若油位明顯下降或有明顯滴掛現(xiàn)象時，須退卸齒輪箱輸出端端蓋進(jìn)行內(nèi)部檢查，使用專用設(shè)備檢測尺寸及配合公差，對密封結(jié)構(gòu)和O型圈進(jìn)行更換處理。

3.2 合箱面故障

合箱面故障可能有以下原因：箱體合箱面處組裝不當(dāng)（密封膠或O形圈組裝不當(dāng)），密封膠涂抹不規(guī)范，密封膠未覆蓋整個結(jié)合面區(qū)域，可能導(dǎo)致潤滑油從縫隙滲出；齒輪箱裝配時，在調(diào)整中間級軸承游隙前，箱體箱合箱面上涂抹密封膠，但結(jié)合面螺栓沒有全部把緊，待游隙調(diào)整完成后，部分密封膠可能已經(jīng)開始硬化，之后再將結(jié)合面所有螺栓把緊時，并不能將密封膠擠壓平鋪均勻，導(dǎo)致部分區(qū)域存在縫隙或者遺漏點，進(jìn)而導(dǎo)致潤滑油滲漏。

具體解決措施有：嚴(yán)格按照檢修規(guī)范進(jìn)行清理及裝配，箱體合箱面涂抹密封膠后，調(diào)整軸承游隙等操作時確保所有螺栓按照規(guī)定把緊，按照相關(guān)要求選擇密封膠型號并規(guī)范涂抹。

3.3 油標(biāo)位置故障

油標(biāo)位置故障可能有以下原因：密封失效或安裝不良；異物擊打或玻璃蓋板上誤噴清洗劑導(dǎo)致玻璃板裂紋等。具體解決措施有：油位無下降時，定期觀察；無明顯滲油時，待正常檢修作業(yè)時更換；油位明顯下降或有明顯滲油時，立即更換。

3.4 觀察窗蓋板故障

觀察窗蓋板故障可能有以下原因：安裝不良、密封失效、制造平面度不良等。具體解決措施有：拆卸觀察窗蓋板，去除已有密封膠，按使用維護要求重新安裝。再次安裝后仍有該現(xiàn)象出現(xiàn)，考慮更換蓋板。

3.5 油品發(fā)黑故障

油品發(fā)黑故障可能有以下原因：新軸承經(jīng)過一段時間的運行磨合有可能導(dǎo)致油品發(fā)黑；更換后的新軸承滾珠上未去除的氧化皮可能在運行過程中被油品沖刷脫落造成油品發(fā)黑落造成油品發(fā)黑；齒輪箱檢修過程中跑和試車用油未及時進(jìn)行更換，試車用油與新油（顏色較清亮）混合后會使油品顏色發(fā)黑。

具體解決措施有：先觀察齒輪箱發(fā)黑的油品沉淀物是粉末狀還是金屬碎片狀，粉末狀的異物應(yīng)為齒輪箱內(nèi)部清潔度差產(chǎn)生，如果有金屬碎片則應(yīng)該找出原因，先放油沖洗齒輪箱，并重新加油，后續(xù)在進(jìn)行跑和試驗時，試車結(jié)束后要趁熱抬高齒輪箱高速軸一端從注油磁性螺塞一側(cè)盡可能排盡齒輪箱中的油品。檢修過程中的跑和試車用油定期更換，保證油品清潔度。

3.6 滲油、漏油故障

齒輪箱滲油、漏油故障可能有以下原因：當(dāng)齒輪箱連續(xù)高速運轉(zhuǎn)時，齒輪箱溫度升高、箱內(nèi)壓力增大，同時劇烈攪拌使得齒輪箱內(nèi)部產(chǎn)生大量油霧。由于采用非接觸式迷宮密封結(jié)構(gòu)，油霧會沿著迷宮密封間隙向外溢出。溢出過程中，絕大部分油霧冷凝回流至箱體，小部分油霧繼續(xù)向外擴散，其中向外擴散的油霧遇到冷空氣后會冷凝在軸承座和密封環(huán)的外表面，并與環(huán)境中的粉塵結(jié)合，多日累積則形成濕潤灰漬吸附在箱體表面：另一部分冷凝在出水孔環(huán)形槽中，待冷卻后與外界冷卻的水汽一起由出水孔排出，在出水孔附近形成液體流掛痕跡，車輛運行時可能導(dǎo)致流掛痕跡擴散。此外，齒輪箱內(nèi)潤滑油油量過多，會導(dǎo)致上述現(xiàn)象加劇。

具體解決措施有：對于油灰已經(jīng)干燥的部位，請將油灰清理干凈，并用清洗劑清洗干凈，在密封連接部位及周邊涂一層硅膠密封。齒輪箱新加注潤滑油后，須保證一個換油周期內(nèi)的潤滑油泄漏量不會導(dǎo)致齒輪箱潤滑油油位從中油位降低到最低油位以下，若潤滑油油位逐步降低，無法滿足齒輪箱維護正常換油周期，結(jié)合檢修選擇適當(dāng)時間進(jìn)行堵漏措施，當(dāng)齒輪箱油位低于最低油位前，需要再次加注潤滑油。

3.7 油品乳化故障

齒輪箱油品乳化故障可能有以下原因：主要原因是外界的粉塵、灰塵、水汽等從齒輪箱通氣器或者密封處吸入箱體內(nèi)部而導(dǎo)致，尤其在地鐵車輛通過隧道時齒輪箱通氣器處形成負(fù)壓，粉塵、灰塵、水汽等污染性微小顆粒易隨氣流倒灌至齒輪箱內(nèi)部并造成潤滑油乳化或發(fā)黑。

具體解決措施有：先排出舊油，再加入正常加油量5%的工作用油進(jìn)行沖洗，然后排放掉。加入正常油量的工作用油至標(biāo)準(zhǔn)油位，正常情況下，運轉(zhuǎn)1～3h，油溫可達(dá)40℃，齒輪箱停機后30min內(nèi)趁熱排放所有潤滑油，再按使用維護要求重新加入工作用油至標(biāo)準(zhǔn)油位。正常運行1～3個月時，對齒輪箱潤滑油監(jiān)測，隨機取樣進(jìn)行理化試驗，確保潤滑油性能滿足使用要求。

4 齒輪箱的通用故障診斷方法

齒輪箱如果出現(xiàn)故障，需要及時診斷，并能通過高效、科學(xué)的診斷方法迅速定位和判斷，診斷齒輪箱故障的通用方法有：

頻譜分析方法，當(dāng)齒輪箱出現(xiàn)故障時，其振動信號中包含的故障信息通常以調(diào)制的形式出現(xiàn)，通過解調(diào)故障信息就能知道故障問題出處。

信號分析方法，齒輪箱在工作過程中所產(chǎn)生的噪音、振動和溫升等動態(tài)信號，對動態(tài)信號使用專業(yè)設(shè)備采集，依據(jù)信號分析方法，對故障的分析和診斷。

磨損分析方法，依據(jù)金屬磨損理論，通過采集齒輪箱潤滑液中的樣品，對潤滑液中的運動粘度測試、含水量測試、金屬磨損分析，對潤滑油液里的磨損金屬百萬分比來判斷材料的來源，從而確定潤滑液的狀態(tài)，對油品性能進(jìn)行綜合評估。

5 結(jié)語

地鐵車輛的特點是站間距短、啟停頻繁、短時間內(nèi)超載嚴(yán)重。地鐵運營安全會對城市的交通運輸產(chǎn)生了重大的影響，所以對齒輪箱在運行中可能出現(xiàn)的常見故障現(xiàn)象、原因進(jìn)行研究，并提出解決措施，有力于提高地鐵車輛運營的穩(wěn)定性和可靠性，保證乘客的出行安全和舒適感。