試論高速動車組齒輪箱漏油的分析及改進

魏文明

摘 要： 高速動車組是我國運營線路上上線時間較長、售后問題較少、車輛運行較為穩(wěn)定的車型。本文著重討論高速動車組轉向架齒輪箱在運營線路上出現(xiàn)的漏油問題，對于齒輪箱來說密封系統(tǒng)是其重要的結構組成部分，對于齒輪箱滲油問題的原因大多數(shù)是由于密封系統(tǒng)失效導致，通過本次對該車型齒輪箱滲油問題的調查分析，找出滲油原因，并對設計結構進行改進，加改了齒輪箱密封結構，杜絕后續(xù)該出現(xiàn)該類原因導致的齒輪箱滲油問題。

關鍵詞： 高速動車組; 齒輪箱; 密封結構; 滲油;分析改進

1.齒輪箱滲油的問題介紹

齒輪箱是高速動車組轉向架上的關鍵部件，同時也是可以影響轉向架性能的重要方面。新結構的齒輪箱在設計成型后先要進行空載跑合試驗與型式試驗來驗證，兩項試驗可以驗證新結構齒輪箱的性能。在高速動車組的項目中，對齒輪箱進行型式試驗，在此過程中出現(xiàn)了小密封蓋處有潤滑油滲漏現(xiàn)象。

在齒輪箱進行加載試驗過程中，齒輪箱正轉4小時時候。齒輪箱未發(fā)生滲油情況，在齒輪箱反轉2個小時時，開始在小密封蓋處出現(xiàn)了滲油情況。此時齒輪箱溫度約為96℃。圖1齒輪箱小密封蓋滲油情況。

2.齒輪箱滲油的原因分析

首先將該高速動車組的齒輪箱電機側的小齒輪的密封結構與其他成熟項目成熟齒輪箱產品結構進行對比，可以發(fā)現(xiàn)有相似有不同，相似為：密封結構的是一樣的，都是采用三層迷宮密封外加一層防塵圈的設計結構;區(qū)別為：該高速動車組的齒輪箱傳動比大于其他成熟項目，其主動齒輪分度圓直徑與小軸承保持架直徑近似相等且回油孔所開的位置略有不同，通過該高速動車組齒輪箱試驗中的滲油情況進行分析，可能的原因大致有以下幾種：

（1）齒輪傳動比增大導致主動齒輪分度圓直徑與小軸承保持架直徑近似相等。由于采用的是斜齒傳動，當主動齒輪高速旋轉的時候，會產生一定的泵吸作用將大量潤滑油甩向一側的小軸承，反轉時，大量潤滑油被甩向電機側小軸承的保持架，過多的潤滑油無法及時通過回油孔回到箱體底部油池，這樣就容易通過密封進入到防塵圈所在的腔中，部分潤滑油越過防塵圈從小密封蓋下側滴水孔中滲出造成滲油;

（2）由于該種結構的小密封蓋側回油孔的處于靠上的位置，該位置無內腔壁及擋板，所以大齒輪在高速轉動時會對其有一定影響，大齒輪發(fā)生正轉時產生的氣流對其影響較小，在發(fā)生反轉的時候，氣流會回到回油孔處，影響回油，如果回油不暢會進入防塵圈所在的內腔中，最終導致潤滑油從小密封蓋下側滲出。

（3）由于該結構為三層迷宮密封外加一層防塵圈的設計結構，3道迷宮之間的間隙均為1mm，長度均為3mm，當內腔壓力升高后，該種密封結構會引起較多的潤滑油流經迷宮密封腔中，一旦回油不暢通會立即產生滲油情況的出現(xiàn)。

3.齒輪箱滲油的結構改進

3.1對箱體鑄造泥芯進行更改，將小密封蓋側下方的內腔位置再往上移，使回油孔開在內腔壁沿內側，同時考慮提高擋板的高度，使擋板基本覆蓋回油孔，從而降低大齒輪正反轉時對回油效果的影響。通過試驗可以得出：雖然將內腔高度提高，延伸擋板的焊接位置，但是只能使?jié)B油的情況延遲，在3小時候從小密封蓋下方呈現(xiàn)片狀滲油，不會確保不滲油，這種改進形式沒有完全使還回油孔與大齒輪發(fā)轉的氣流進行隔絕，由于受到氣流干擾影響回油，導致密封失效。

3.2在齒輪箱電機側小齒輪的迷宮密封間隙進行調整，改為0.5mm，在進行齒輪箱試驗，通過實驗得出：密封效果不佳，仍然出現(xiàn)了深有情況，原因是由于該種結構的密封過于簡單，即使調整了密封間隙仍然達不到良好的密封效果。

3.3三道迷宮密封結構不變，將一層防塵圈改為油封，通過試驗驗證得出：該種改進方式在前二十個小時內進行溫升平衡試驗時，密封效果很好，無任何滲油現(xiàn)象出現(xiàn)，二十小時后由于泵油效應影響，在小齒輪執(zhí)行正轉時油封接觸唇的潤滑情況不佳，出現(xiàn)嚴重了油封磨損，導致油封密封失效，產生滲油情況。

3.4下圖為傳統(tǒng)接觸式密封結構改進為非接觸式迷宮密封結構示意圖，通過對其進行高轉速加載試驗、超負荷試驗以及溫升平衡試驗等可以得出非接觸式迷宮密封結構的密封效果更好，在實驗過程中無潤滑油滲出，同時由于非接觸式的結構可以免去零件出現(xiàn)損耗，不但節(jié)省維護費用，降低經濟成本同時密封效果又大于接觸式密封結構。

4.結束語

綜上分析可以得出，小齒輪密封的回油孔設計需要考慮齒輪嚙合造成的氣壓影響，在以后的設計中應盡可能避免將回油孔開在靠近齒輪嚙合或者受大齒輪影響較多的部位。在對齒輪箱密封結構的問題上，需要確認接觸式密封油封是否達到了充分潤滑的效果，如不能，那么很大程度上會導致油封失去密封作用，從而潤滑油滲出。以上為老式齒輪箱密封結構，如果密封空間可以改為非接觸式迷宮密封的結構，不論對經濟成本、零部件損耗、密封性能等方面都是更好的選擇。

參考文獻：

[1]李新德.工程機械液壓系統(tǒng)漏油預防措施[J].液壓氣動與密封，2005（2）.

[2]劉海光，由文光.對螺旋槳機械密封故障分析及檢修[J].液壓氣動與密封，2009（3）.

[3]陳永祁.工程結構用液體黏滯阻尼器的漏油原因分析[J].鋼結構，2008（9）.

[4]宮燃.傳動裝置動密封失效分析及試驗研究[D].浙江大學博士學位論文，2008.