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城市轨道交通车辆齿轮箱油的检测与诊断

发表时间：2021/4/14 来源：《中国科技信息》2021年4月作者：朱少川

[导读] 随着经济和交通行业的快速发展，齿轮箱是城市轨道交通列车走行系统的重要动力传动部件，其运行状态直接影响列车的安全运营，而齿轮箱油可以降低齿轮摩擦系数、减少摩擦生热，同时减少齿轮磨损、提升零部件使用寿命。但在实际运用过程中，因缺少对油液状态的分析与诊断，只能以经验判断或定期更换齿轮箱油的方式进行日常检修维护。

浙江省杭州市地铁集团有限责任公司运营分公司客运一公司朱少川 310000

摘要：随着经济和交通行业的快速发展，齿轮箱是城市轨道交通列车走行系统的重要动力传动部件，其运行状态直接影响列车的安全运营，而齿轮箱油可以降低齿轮摩擦系数、减少摩擦生热，同时减少齿轮磨损、提升零部件使用寿命。但在实际运用过程中，因缺少对油液状态的分析与诊断，只能以经验判断或定期更换齿轮箱油的方式进行日常检修维护。
关键词：城市轨道交通车辆；齿轮箱油；油液检测
        引言
        地铁车辆在运行过程中，个别动力轮对的驱动齿轮箱出现了横向摆动量较大的现象。齿轮箱是地铁车辆转向架传动系统中最重要的机械部件，其性能好坏直接决定转向架的性能及整个地铁传动系统是否能够正常稳定运行。文章通过分析转向架齿轮箱的基本结构，以及各部件失效对其性能的影响，对齿轮箱中齿轮、轴承、密封、润滑等齿轮箱常见失效型式进行分析和讨论，以期为地铁车辆转向架齿轮箱的维护和故障分析提供可参考方法。
        1齿轮箱工作特性
        齿轮箱在地铁车辆的使用过程中起到降速增扭的作用，其典型的工况特点为频繁启停，加速和减速时间短，速度快。按目前地铁修制，日常只做目视检测，齿轮箱的拆箱检查只有在集中的大修期才会进行，因此齿轮、轴承必须具有高可靠度。为保证齿轮、轴承有较长的寿命，合适的润滑是必要保障。齿轮箱润滑主要采用内部油液飞溅的方式，输出大齿轮旋转时将润滑油搅起并飞溅至箱体壁，箱体内壁设置的挡油板和集油槽起到导油和集油的作用。润滑油通过箱体油道流至润滑点对轴承进行润滑。润滑性能的好坏主要取决于工作油膜形成的难易程度和有效性，这是齿轮箱是否能够保证设计寿命的关键因素。
        2齿轮箱油液分析
        2.1油品质量检测
        常规的油品质量检测包含了对运动黏度、酸值、水分含量的检测，主要反映齿轮箱油的油品质量变化。而油品质量变化程度与不同种类的齿轮箱油及不同的工作环境有关。因此，在日常检修过程中主要是根据油的外观来判断齿轮箱油品的状态。例如，齿轮箱油的氧化变色导致的齿轮箱油发黑，或由于齿轮箱密封性失效，水分进入齿轮箱后在油品中活性剂的影响下会产生乳化作用，导致齿轮油出现的发白乳化现象。因此，对油品质量的检测中需要重点关注酸值与水分含量的变化情况，对出现异常的齿轮箱需要密切跟踪其运用情况或者预防性地更换齿轮箱油。
        2.2改进齿轮箱轴承游隙测量工装
        原齿轮箱轴承游隙检测工装仅为一简易支架，在测量轴承游隙向上拉动车轴时，由于车轴带驱动齿轮箱重量较轻，起吊会造成晃动及整个驱动单元完全吊起的状况，从而导致用于测量轴承游隙值的两件百分表无法精准地显示轴承游隙值。1）工装底部设计有地脚螺栓安装孔，可使用地脚螺栓将其固定在地面上，稳定性大为增强。2）设计有压板夹紧装置，可将齿轮箱夹持住，避免了起吊时将驱动单元吊起悬空的状况，更利于实现轴承外圈与齿轮箱 / 轴承座的相对移动，进而测量出真实的轴承游隙值。相应的，在齿轮箱游隙调整工艺中，增加了齿轮箱夹紧的工步。
        2.3齿轮箱渗油、漏油
        根据齿轮箱的结构可大致判断出漏油的部位。常见的漏油部位有大、小轴承座结合面处、小密封端盖处等。

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本文以西安地铁为研究对象，对地铁运行过程中的漏油情况进行仔细分析，并作出如下总结。（1）如果漏油现象出现在车辆运行之前，则漏油的原因可能是组装出现失误，也可能是组装和试验过程中没有将多余的油擦干净。通过对地铁的运行情况进行研究可以发现，组装失误这一原因的可能性较小。齿轮箱油位是检查的首要对象。当油位不足的现象比较明显时，应第一时间联系厂家，并判断组装是否存在问题。当油位没有发生变化或变化不明显时，应先对齿轮箱表面的油污进行清理，然后再对齿轮箱表面进行监测，观察是否出现了新的油污，同时还需对油位的变化情况进行观察。如果有新的油污出现，且油位发生变化，则组装存在问题，应及时联系厂家。如果没有出现新的油污，则问题产生的原因极有可能是油污清理不到位。（2）漏油现象出现在车辆调试或运营过程中。①迷宫处渗油。迷宫槽中有少量剩余的油随着车辆的运行而渗出，从而形成油污。这种油污会随着时间的推移而逐渐减少，并变得干燥。也有可能是加入了过多的润滑油，从而使得润滑油沿着迷宫渗出。这种情况的渗油同样也会随着时间的推移而逐渐减少，并变得干燥。如果油污长时间保持潮湿，则可能有两种情况。其中一种是回油孔堵塞，润滑油无法顺利回到箱体底部，因此需要及时对回油通道进行清理；另一种是润滑油来自分箱面，并积聚在迷宫处。②分箱面处渗油。分箱面处漏油的原因是组装时没有做好密封工作。③连接螺栓处渗油。连接螺栓处渗油的原因主要分为两种。其中一种是防锈油清理不到位，导致渗出，另一种则可能是螺栓出现松动，拧紧螺栓能够解决这一问题。
        2.4金属的质量分数检测
        油液检测可以对齿轮箱油中的磨损金属元素质量分数进行分析。常见的磨损金属元素包括 Fe、Cr、Mn 等钢质磨粒及 Cu、Pb、Sn 等有色金属磨粒。钢质磨粒（Fe、Cr、Mn）的异常增加代表齿轮箱内的齿轮与轴承滚子可能存在表面的异常磨损。选取某地铁某型车辆出现的轴承滚子表面磨损的齿轮箱内的箱油进行检测，与其他运用 km 数相近的齿轮箱内的箱油进行对比。故障齿轮箱内铁的质量分数明显超出其他齿轮箱；同时铁谱分析结果显示，有较多的铸铁/钢类小尺寸的金属疲劳磨粒，而其他齿轮箱的检测结果未发现有明显磨损颗粒。有色金属磨粒（Cu、Pb、Sn）的异常增加则说明轴承铜保持架可能存在异常磨损情况，尤其在输出端与联轴节相连接的轴承保持架，因持续承受力矩与振动，容易造成保持架故障。地铁某型车在日常检修作业中发现某齿轮箱的齿轮箱油浑浊且呈金黄色，油中有金黄色颗粒，检查排油口的磁性油塞，发现吸附了较多的金属颗粒。抽取该齿轮箱油样进行油液检测分析，发现齿轮箱油中的 Fe、Cu 及酸的质量分数均高于正常值。为进一步确认齿轮箱零部件的状态，将轮对进行落架，拆解齿轮箱后发现齿轮箱小齿轮轴承铜保持架断裂，大齿轮轴承滚子有剥离现象，轴承失效后若继续运行，将导致轴承烧损、轮对抱死等重大故障。对故障齿轮箱进行送检分析，铜保持架断裂原因为随齿轮箱运用里程增大，铜保持架在振动影响下逐渐产生金属疲劳，进而出现疲劳裂纹，导致保持架断裂。而在铜保持架磨损后，齿轮箱油润滑性能受到影响，导致轴承圆柱滚子润滑不到位而出现剥离。
        结语
        地铁车辆个别动力轮对的驱动齿轮箱横向摆动量异常问题，对驱动齿轮箱进行拆解、分析，找出了其根本原因为齿轮箱装配轴承的内孔尺寸不合格，并据此对相关检验环节、工艺装备等进行了针对性的优化。轴承游隙值是影响驱动齿轮箱运转的关键指标，在车辆驱动齿轮箱组装过程中，应注意关键配件尺寸检验、轴承游隙测量工艺和工艺装备的合理性以及关键质量项点的控制。因此通过对不同运用里程范围内的齿轮箱开展油液检测来诊断齿轮箱的运用状态，可以提前发现故障隐患，同时对油液样本数据进行分析与总结，以此制定最优的检修策略。
参考文献：
[1]唐国良 . 机车轮对横动量对若干问题的影响 [J]. 内燃机车，2020（1）：11-16.
[2]刘志恒，张红军 . 轴箱轴承轴向自由间隙对机车动力学影响分析[J]. 铁道学报，2020（2）：48-52.
[3]杨学斌 . 论滚动轴承游隙的调整和预紧 [J]. 发展，2019（3）：77.