煤炭漏斗車變速箱的改進和修復

張志紅

（中國平煤神馬控股集團鐵路運輸處，河南 平頂山 467000）

0 引言

中國平煤神馬控股集團公司鐵路運輸處承擔著礦區線路局車輛、自備車輛和公司外部單位，共約1 800 余臺車輛的日常維修任務，滿足不斷增長的煤炭運輸需求，同時加快鐵路裝備現代化進程。現在的主流類型是C型車輛和K 型車輛。C型車輛是一般的敞車，以C64、C70 為主。K 型車輛是漏斗車和自翻車，以K18、KM70、KF60 為主。K 型礦車有礦渣卸車、卸煤斗車兩種類型。卸載的工作原理及主要特性都是一樣的，其中底門開啟及關閉裝置中的大多數重要零件可以進行通用交換。而煤式裝卸機是中國平煤神馬控股集團公司長期運行的一種裝卸機，主要承擔礦區各煤礦與選煤廠之間的煤炭入洗運輸任務，經常發生一些問題。筆者就裝卸機的工作特性、變速箱的損壞及維修進行探討。

煤炭漏斗車自身擁有很高的車身結構，可以節制、均勻地卸出煤炭和石碴等，可實現兩邊同時卸煤，可實現自動快速卸車。使用性能良好，通常在沒有風源的條件下，也可人工操作，符合車輛固定編組、循環使用、定點裝卸的要求。卸煤車在車體、風手制動系統、車鉤緩沖系統及底門開合系統等各個方面，都使用了當時我國鐵路車輛的新技術和新材質。由于卸載效率高，操作簡便，工作環境良好，而且車輛大修周期長，運行磨損消耗低，綜合維護費用低，因此在煤礦開采中得到了廣泛的使用［1］。煤炭漏斗車主要承擔礦區各煤礦與選煤廠之間的煤炭入洗運輸任務，目前運輸處使用的K 型車輛有400多輛。車輛檢修由中國平煤神馬控股集團公司負責，而車輛產權大部分屬于各電廠、其他自備車單位。產權方無車輛專業人員驗收，車輛在購買時會存在一定安全風險。另外，車輛檢修時存在漏檢、少檢、漏修等情況，可能致使煤炭漏斗車輛運行狀態不佳。在實際運用中，近年來車輛底開門開閉機構故障一直居高不下，其中主要原因是變速箱失效，致使底門打不開或關不上。這類故障不但會引起煤炭沿程泄漏和拋撒，給清理和裝卸帶來困難，而且如果在行駛過程中底部閘門突然開啟，很容易破壞沿途的車輛和設備，還有可能發生更加嚴重的安全事故。

1 卸煤運輸機變速箱故障的原因

1.1 卸煤料斗車底板開啟和關閉裝置的工作機理

煤料斗車是一種無頂底開門料斗車。車身采用不帶頂的漏斗狀側壁承重鋼板，底部框架由中梁、枕梁、側梁、大橫梁等組成。為了能讓煤自動排出，在底面與底面之間的角度要大于45°。在每一個料斗的外部表面的較低部分，都有一個側開式的底門，它是由一套可以自鎖的機械傳動裝置（大刀片式杠桿機構或頂鎖機構）來打開和關閉的，通過壓縮空氣或人工操作，可以實現煤炭的自動排放。手動傳輸機構和風力控制管道系統都設置在車身端部的底部框架上，風力和風力控制機構是彼此獨立的，其變換是通過撥叉撥動齒嵌式離合器來實現的。人工操縱部分采用透平螺輪式機械，通過移動手輪來帶動驅動軸，驅動軸的轉動可以帶動其上兩個連桿的轉動，從而帶動底部車門的拉桿；所述下閘門的一端連接于控制下閘門的轉軸，由此控制下閘門的開啟和關閉。在底門處于完全關閉狀態時，依靠拉桿的偏心率可以確保底門在自身重量和載荷作用下自動上鎖。K18 運煤車的底板開啟和關閉裝置如圖1所示。

圖1 K18型煤炭漏斗車底門開閉機構

上部傳動裝置由上部傳動軸、牙嵌離合器、356 mm×280 mm 旋壓式雙向作用風缸、滾動軸承、上曲拐、離合器傳動軸、減速器、齒輪、限位器、齒條、滾輪、壓銷座、手輪、齒輪罩等組成，如圖2所示。

圖2 上部傳動裝置

下部傳動裝置由下部傳動軸、下部軸承、雙聯杠桿、連桿、離合器、左右鎖體、長頂桿、短頂桿、聯軸節、下曲拐等組成，如圖3所示。

圖3 下部傳動裝置

K 型煤炭漏斗車的底開門變速箱是由蝸輪蝸桿（其傳動比為34）和一級減速齒輪副（其傳動比為2）集成的一個密閉二級減速箱，其傳動比大，關閉底門非常靈活［2］。設備中不含有離合器，上部傳動軸末端與減速箱聯軸節直接相連，二者處于“相對常嚙合”狀態。利用齒間“空行程”來調節上部傳動軸末端與減速箱聯軸節的嚙合方位，從而實現控制開（關）門。變速箱是頂鎖式開閉機構的重要部件，貨物的傾瀉是通過操作變速箱將力量傳遞到底門傳動機構使車門打開而實現的，所以變速箱性能的好壞對于底開門的開啟和關閉起到決定性影響。

變速箱由蝸桿、輸入軸悶蓋、減速器小齒輪、減速器軸、減速器蝸輪、減速器軸承蓋、輸出軸、減速器大齒輪等組成。其工作特點為蝸桿轉動。蝸桿轉動與輪齒轉動相比具有傳動比大，工作平穩，齒面間相對滑動速度大、效率低等特點。由于蝸桿嚙合齒面間的相對滑動速度大、效率低、發熱量大，因此傳動的主要失效形式為膠合、點蝕和磨損等。與蝸桿相比，蝸輪無論在材料還是輪齒結構方面均比較薄弱，所以失效多發生在蝸輪輪齒上。

變速箱發生故障時，即使變速箱密封良好，變速箱內的齒輪油也會經常被乳化，軸承易生銹、腐蝕、損壞，這是因為變速箱在運行一段時間后，齒輪油溫度升高又冷卻后產生的凝結水與油混合。蝸桿傳動的效率低，其損失掉的能量轉變為熱量。若閉式傳動散熱不良時，可使溫度升高，潤滑油變稀，導致潤滑條件變壞，摩擦系數急劇增加，從而發熱更多，這樣的惡性循環將使傳動件很快損壞，導致車輛無法打開或者落鎖［3］。

1.2 變速箱失效原因分析

1.2.1 設計方面的原因。變速箱安裝于車輛一側地板面上，在使用過程中，雨水必然順著蝸桿及軸承間隙進入減速箱內造成變速箱內積水，冬季變速箱內積水結冰，變速箱無法使用。在變速箱蝸桿上部軸承，由于其特殊位置，無油嘴、油杯為其長期補油。卸車作業時，變速箱內的液態油隨著齒輪的轉動可潤滑箱體內傳動軸承，但其無法把機油滴在軸承的上表面。再加上下雨等因素，易造成軸承上表面的磨損。

1.2.2 維修原因。在進行車輛段修期間，未按規定對齒輪箱進行拆解，未將碎屑清理干凈，未將潤滑油和破損零件重新換過；由于長時間的水分過高，齒輪箱潤滑欠佳，對軸承造成了破壞，導致蝸桿螺輪齒隙的增大從而引發故障。此外，維修人員檢查不到位，造成了離合器軸心不齊，基座安裝不穩。

1.2.3 工作因素。由于操作者沒有開啟鎖定保護器，或者由于煤塊粘在了底門上而未曾及時清理，導致了螺旋槳的不正常運轉，進而造成軸承的損壞。在手動開關底門的時候，需要一個人進行操作，不允許兩個人進行操作，也不能通過加長套管來加大力矩。在鎖體、門板內，或是因為冬天上凍等原因，導致開關門困難的時候，如果強行轉動動手輪，就會導致軸承損壞、齒輪磨耗、上端軸承壓蓋頂起等，從而導致變速箱失效。

1.2.4 其他因素。變速箱油不足，底盤被侵蝕，導致變速箱底部的硬度不足，離合器物理位置偏離中心。如果工作人員使用不當，或者底門被卡住，就會導致變速箱失效，導致底門不能打開，對礦井的正常生產和交通造成很大的影響。

傳動裝置的手輪較為笨重，容易遺失。因為傳動裝置的輸入軸懸臂段太長（如圖4 所示），安裝在輸入軸懸臂端部的手輪轉動時會發生擺動，導致輸入軸上下支承的滾子軸承有很高的損失率，所以變速箱出現故障的外在表現主要是減速齒輪的阻力較大，蝸輪的旋轉不暢或無法旋轉。由于變速箱、離合器等底開門系統出現故障而引起的車輛臨修數據顯示，一年中大約會出現20 多次的變速箱故障，主要是由于變速箱上蓋與蝸桿上部接觸處的間隙過大，使得變速箱上部軸承（蝸桿上部）容易進入水分和其他異物，從而導致變速箱軸承和渦輪蝸桿潤滑失效。在蝸輪中，蝸輪齒輪的磨損、嚙合及齒輪的屈曲斷裂是蝸輪齒輪的主要破壞形式。由于通常的蝸輪傳動存在效率不高、轉速高、易產生熱量等問題，因而出現了打滑、磨耗等現象。此外還發現，齒輪箱的手輪軸轉軸的軸套受到了嚴重的損傷，已經對齒輪箱的工作特性造成了影響，這對車輛的行駛安全造成了威脅。

圖4 變速箱實物圖

因為中國平煤神馬控股集團公司各大裝配站缺少開展檢修的必要條件，導致無法對車輛進行檢修，所以即使檢測人員發現了某輛車有減速箱和離合器的問題，也不可能在裝配站里維修，他們必須將這輛車暫時擱置，然后送到車輛段進行維修。這樣會對站內運輸組織產生不良影響。全部采用車輛段修車、倉庫區內的車輛檢修，不但影響了車輛檢修的效率，也影響了正常的車輛檢修進度。并且一個齒輪箱的造價接近7 000 元，因為齒輪箱破損而全部替換的話，造價會很高。根據變速箱結構特點，對變速箱進行改進和修復，可以采取多種手段使其達到相應的技術要求，以從根本上節能降耗，解決煤炭漏斗車輛臨修故障頻發的問題［4］。

2 改進方法

2.1 拆除風動設備

調整渦輪的5 個爪子與離合器的咬合間隙，確保過“死點”時的反向作用力不會切斷蝸輪及離合器的爪子，并用筋板固定各個傳動軸的底座，以增強其強度，防止變形。K18 車是運煤專用車，由于工作環境的影響會導致塞門故障率較高，進而出現串風現象。安裝風動卸車裝置的車輛、復雜的管路會直接影響車輛端部地板清理，使地板的腐蝕速度加快。風手動離合器會在沒有風動的情況下使離合器失去應有的作用。手動裝置是一套傳動比為68的蝸輪蝸桿傳動機構，自身具有自鎖功能。拆除風手動離合器會直接將手動機構的傳動裝置相連，相當于增加了一套鎖閉機構，變二級鎖閉為三級鎖閉，更能有效保證車門的狀態。

2.2 采用合理的密封和潤滑措施

當裝配輸出軸時，需要注意公差配合，d≤50 mm，采用h7∕k6，d>50 mm，采用h7∕m6。在設備中要用防黏劑或紅丹油來保護空心軸，防止磨損生銹及配合面積垢，防止出現維修時難拆卸等問題。一般選用220#齒輪油，并增加一些潤滑油添加劑（如安治化工公司的即可），這樣能使變速箱在停止運轉時，齒輪油依然附在齒輪表面，齒輪油依然附在齒輪表面，形成保護膜來防止重負荷、低速、高轉矩和啟動時金屬和金屬間接觸。添加劑中含有密封圈調節劑和抗漏劑，使密封圈保持柔軟和彈性，能有效減少潤滑油泄漏現象。對變速箱蝸桿上部軸承，定期人工潤滑保養優化，防止雨水侵入、油脂泄漏及微動磨損顆粒和其他雜質進入軸承中。對變速箱蝸桿上部軸承，定期人工潤滑保養優化該處結構。增設可向該軸承長期供油的油嘴，在油杯軸承外蓋可增設外采用接觸式橡膠密封蓋，這樣的做法可有效防止雨水侵入，防止油脂泄漏及微動磨損顆粒和其他雜質進入軸承中。

2.3 更換變速箱軸承

變速箱的軸承使用的是LYC 生產的30208 單列圓錐滾子軸承。此軸承具有低摩擦、使用壽命長、運行可靠性高等特點。單列圓錐滾子軸承能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷的聯合作用，由一個外圈和內圈組成。

外圈和內圈組件分離，按ISO 圓錐滾子軸承外形尺寸標準規定，標準型號的圓錐滾子軸承外圈或內圈組件應能與同型號外圈或內圈組件實現國際性互換。單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角為10°～19°，錐角越大，承受軸向載荷的能力也越大。上部傳動軸軸承使用1214 調心球軸承，具有自動調心性能，可以補償不同心度和軸撓度造成的誤差，但其內、外圈相對傾斜度不得超過3°。1214 軸承為標準圓孔，普通，開式，規格是70 mm×125 mm×24 mm，動載荷為35 000 N，靜載荷為13 800 N。主要承受徑向載荷，同時可承受較小軸向載荷。

外圈能與內圈組件分離，標準型號的圓錐滾子軸承的外圈或內圈組件，應該能與同型號外圈或內圈組件實現互換。單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角為10°～19°，錐角越大，承受軸向載荷的能力也越大。上部傳動軸軸承使用1214 調心球軸承，具有自動調心性，可補償不同心度和軸撓度造成的誤差。但其內圈、外圈相對傾斜度不得超過3°。1214軸承為標準圓孔，規格是70 mm×125 mm×24 mm，動載荷大小為35 000 N，靜載荷大小為13 800 N。主要承受徑向載荷，可承受較小軸向載荷。軸（外殼）的軸向位移限制在游隙限度內，具有自動調心性能，允許在內、外圍相對傾斜不大的條件下正常工作。

2.4 改進手輪性能

防盜螺母是防盜性能較好的產品，主要用于機械連接緊固地方的防松防盜。順時針旋緊螺母時，由于內設滾珠沿弧形盲槽滾動，而螺母塑料內襯套將隨之自動脫落。在反向旋松螺母時，由于盲槽徑向尺寸逐漸變小，滾珠被卡在螺紋內，螺母無法隨之旋松，從而起到一定的防盜作用。在變速箱手輪部分采用防盜螺母緊固，提高了手輪的防盜性能。變速箱輸入軸的上支撐位置高于其他位置，提高了手輪及輸入軸的穩定性，延長了輸入軸上、下支撐處滾動軸承的使用壽命。

2.5 加強宣傳培訓

為了保證煤炭漏斗車更好地安全運行，可加大用車愛車的宣傳力度，并組織對卸車人員的培訓，按照操作規程嚴格進行卸車作業。開關阻力過大時應及時查找原因，不得增大力矩強行對底門進行作業，卸車后及時關閉底門。車務人員應在列車編組后，仔細確認底門的鎖閉狀態，發現問題應及時處理。

3 結論

通過以上的改進和修復運用，減少了煤炭沿途撒落及清掃拾漏帶來的經濟損失和勞動力投入。按每年改進修復變速箱20 個計算，則節約成本140 000元，達到了節能增效的目的。此外，杜絕了煤炭漏斗車底開門自動打開或關閉的隱患，保證了車輛的安全運行。鐵路列車區間運行容易發生煤炭泄漏，造成列車脫軌傾覆等鐵路行車事故得到了有效治理。同時，規范了管理，有效地防控了風險，大大提升了鐵路行車安全性和可靠性。