深圳地鐵5號線國產化齒輪箱檢修工藝優化

邱永紅，邱仕勇，姜宇飛

1.株洲九方裝備驅動技術有限公司 湖南株洲 412001

2.株洲九方裝備股份有限公司 湖南株洲 412001

1 序言

深圳地鐵5號線國產化齒輪箱（以下簡稱深5國產化齒輪箱）是中車株洲電力機車有限公司（以下簡稱中車株機）2010年地鐵齒輪箱國產化項目的產品，共組裝8列車，其余齒輪箱為福伊特與安捷達提供的進口齒輪箱。目前已進入輪對大修年限，經過我公司十幾年的現場運行跟蹤及與客戶的溝通了解，國產化齒輪箱在線運行情況漏油嚴重，約60%存在不同程度的漏油；同時20%進口齒輪箱也存在漏油現象。通過與中車株機維保部、深圳地鐵公司深入技術溝通后，最后確定由我公司進行試修。

本文以深5國產化齒輪箱檢修為例，針對系統解決檢修齒輪箱漏油、異響等問題，提供一種具有實際參考價值的檢修技術方案。

2 檢修前現狀調查

經過現場調查與用戶交流，深5國產化齒輪箱運行過程中主要存在或發生過以下問題（見圖1～圖8）：小齒輪端蓋與齒輪箱結合面、齒輪箱大齒輪動密封處、合箱面、下箱體觀察蓋與油位鏡等多處滲油，潤滑油發黑，小齒輪軸軸承燒損，以及定位銷斷裂等。

圖1 小齒輪端蓋與齒輪箱結合面滲油

圖2 齒輪箱大齒輪動密封滲油

圖3 合箱面滲油

圖4 下箱體觀察蓋滲油

圖5 油位鏡處滲油

圖7 小齒輪軸軸承燒損

圖8 定位銷斷裂

3 原因分析

（1）漏油問題 小齒輪端蓋結構如圖9所示，大齒輪動密封結構如圖10所示，結合面上有O形密封圈，組裝時端蓋與箱體結合面之間涂樂泰密封膠，端蓋、擋油環與箱體由回油孔聯接。

圖9 小齒輪端蓋結構示意

圖10 大齒輪動密封結構示意

根據理論分析以及檢修拆解檢查、技術分析，確定了造成小齒輪端蓋、大齒輪動密封處、合箱面、觀察蓋及油位鏡漏油的主要原因如下。

1）結合面密封膠涂抹不均勻、存在凸點或緊固螺栓受力不均而導致結合面未完全貼合，未達到密封效果。

2）端蓋處O形密封圈壓縮量過小或安裝時被箱體刮傷，造成O形密封圈失效。

3）理論上大齒輪端蓋處回油孔被軸承堵塞50%，造成回油不通暢。

（2）油發黑問題 針對問題進行分析，認為造成該問題的原因如下。

1）齒輪箱內清潔度較差。

2）齒輪箱內有異物，齒輪和軸承異常磨損。

3）軸承定位銷斷裂，軸承外圈與齒輪箱相對滑動，安裝面有磨損。

4）輸出軸軸承外圈與齒輪箱安裝孔間隙過大，有周向轉動而造成安裝孔磨損。

（3）小齒輪軸承燒損、定位銷斷裂問題 前期用戶與中車株機反饋出現過小齒輪軸承燒損、定位銷斷裂問題。經過拆解檢查和結構分析，確定小齒輪軸承燒損是由于端面螺紋孔攻螺紋深度不滿足圖樣要求，壓蓋螺栓未擰入到位，螺栓支撐面未與壓蓋貼合，因而預緊力未作用在壓蓋上，螺栓在使用過程中發生疲勞斷裂，造成軸承竄動、燒損，小齒輪軸抱死。經前期故障檢修分析，確認軸承定位原使用的是彈性圓柱銷為空心銷，承受載荷較小，車輛運行時軸承外圈有周向轉動的趨勢，空心銷容易發生斷裂而導致定位銷斷裂。

4 檢修方案

4.1 檢修要求及工藝方案

深5國產化齒輪箱檢修原則上必須原拆原裝，軸承、緊固件和密封圈等標準件必換，檢修報廢更換的零部件性能需符合原設計功能要求、圖樣要求或者檢修技術文件的要求。

根據深5國產化齒輪箱存在的問題，最終確定了檢修工藝流程為：外觀狀態檢查→例行試驗→齒輪箱拆解→零部件清洗→零部件檢修→齒輪箱組裝→例行跑合試驗→齒輪箱油漆、精整[1]。

重點針對密封結構、結合面平面度、回油路軸承堵塞、小齒輪端面螺紋孔深度、軸承彈性銷是否全部更換為圓柱銷以及物料清洗等方面進行檢查、處理。同時對齒輪箱齒輪、箱體等檢修關鍵零部件的探傷、檢查須嚴格按要求執行，不合格須進行評審、更換。

4.2 檢修設備需求

深5國產化齒輪箱檢修作業所需主要設備及其應用工序見表1[2]。

表1 齒輪箱檢修設備清單

設備的主要技術參數可以根據具體工藝要求進行選擇。

4.3 具體檢修方案

對漏油齒輪箱拆解檢查，進行分析后，有針對性地制定了檢測要求及檢修方案。

（1）齒輪箱結合面檢修 前期深5國產化齒輪箱完成拆解后，使用三維掃描檢查平面度與三坐標對齒輪箱箱體結合平面進行綜合檢查評判（見圖11），驗證結合平面平行度是否超差。

圖11 結合平面三維掃描

對超差的結合平面進行修磨（見圖12），將結合平面上凸點、磕碰傷痕及過渡處尖角毛刺用砂紙或細銼打磨、修平，同時檢查結合平面螺紋孔深度（見圖13），對深度不夠的螺紋孔進行攻螺紋處理。該方案可以有效地保證齒輪箱結合面完全貼合，避免齒輪箱出現因結合面存在間隙而造成齒輪漏油的情況。

圖12 結合平面修磨

圖13 結合面螺紋深度檢查

（2）O形密封結構及安裝檢修 對齒輪箱O形圈密封結構設計進行了測量、分析，發現前期深5國產化齒輪箱O形密封圈壓縮量與進口齒輪箱壓縮量一致。但將其與《GB/T 3452.1—2005液壓氣動用O形橡膠密封圈第1部分：尺寸系列及公差》《GB/T 3452.3—2005液壓氣動用O形密封圈 溝槽尺寸》的國標要求以及機械設計手冊中O形密封圈密封要求進行對比，壓縮量明顯偏小，未達到國標要求。

對觀察蓋安裝孔、襯套安裝孔檢查發現，孔口部分未倒角或倒角過小，容易導致安裝觀察蓋與襯套時將O形密封圈刮傷、切壞。

根據分析結果，將觀察蓋、軸承襯套和外端蓋等溝槽尺寸按照現行國家標準進行尺寸修改及返工（變更圖樣見圖14），調整O形密封圈規格，在不影響齒輪箱結構的前提下，增大O形密封圈的壓縮量，保證齒輪箱O形密封圈達到更好的密封效果[3]。同時使用砂紙或細銼對齒輪箱觀察蓋安裝孔、襯套安裝孔的孔口進行倒角處理（見圖15）。在齒輪箱組裝時，在O形密封圈和齒輪箱安裝孔上涂潤滑油，避免組裝時O形密封圈被刮傷、切壞而造成O形密封圈失效。

圖14 變更圖樣

圖15 箱體倒角處理

（3）油路檢修 對齒輪箱進行了油路檢查，發現部分輸出軸一側回油孔堵塞程度比理論分析的情況更加嚴重，油路失效，導致油路聯通面積過小（見圖16），回油不及時，從而造成輸出軸迷宮處漏油。

圖16 油路孔寬度嚴重偏小

針對此情況，在不影響齒輪箱結構的前提下，將齒輪箱箱體上的回油孔按圓周方向呈方形孔口擴孔，增大回油路聯通面積。

（4）清潔度控制 對齒輪箱箱體、端蓋和壓蓋等零部件使用超聲波清洗機進行清洗（見圖17），徹底清除箱體及各零件內部油污和異物，規范操作工藝流程，嚴格把關，防止任何異物進入齒輪箱內部；組裝時再用德邦2755清洗劑對內腔及安裝孔等部位進行清洗（見圖18）；跑合試驗時采用濾油機過濾后的清潔潤滑油進行跑合、沖洗。

圖18 箱體組裝清潔示意

（5）圓柱銷與小齒輪端面螺紋孔的控制 為徹底避免圓柱銷斷裂的情況再次發生，全面檢查所有齒輪箱是否更換了實心圓柱銷，并按要求全部進行更換；對因小齒輪端面螺紋孔深度不夠導致的軸承燒壞問題，將小齒輪端面螺紋孔全部進行深度測量，對深度不合格的進行返工處理。

4.4 其他問題分析

首列深5國產化齒輪箱試修例行試驗過程中，出現了一個齒輪箱疑似異響的情況。我公司技術人員與中車株機維保部技術人員現場確認，該齒輪箱內部的“沙沙”聲，不同于齒輪、軸承異響時的聲音。經過試驗、拆解、檢查，根據檢查結果和齒輪箱振動分析報告，以及針對不同轉速、時間、油量及油品多次的工藝驗證情況分析確定，齒輪箱內部“沙沙”聲為潤滑油的甩油聲。該“沙沙”聲對油的黏度反應明顯，當齒輪箱跑合30min后油溫升高，聲音也隨著油溫不斷升高而降低，并很快消失。通過后續運行跟蹤再未發現該問題，也進一步驗證了齒輪箱開始例行試驗時出現的“沙沙”聲就是潤滑油的甩油聲。

5 效果驗證

2021年試修了一列深5國產化齒輪箱并交付運行，目前已運行13個月，運行里程約15萬km。從運行跟蹤效果看，整體運行情況良好，未發現一個齒輪箱滲油、漏油及異響等異常情況，運行噪聲低，齒輪箱和軸承潤滑良好，完全達到齒輪箱的檢修要求。用戶已委托我公司2023年完成后續7列車的檢修。

6 結束語

本文簡述了地鐵齒輪箱檢修工藝流程，重點針對檢修地鐵齒輪箱漏油、異響等問題進行研究、分析，提出了有效的、可實施的檢修方案，已在深圳5號線國產化地鐵齒輪箱檢修項目上應用，為完善齒輪箱檢修工藝提供了實用性借鑒。