对电力机车牵引电机小齿轮失效的探讨

摘 要：工矿电力机车的工作条件，电力机车牵引电机小齿轮失效情况所存在的问题和目前我们在检修过程中需要注意的事项及在检修齿轮安装工艺上的设想。

关键词：工矿电力机车；电机小齿轮；安装工艺

前言

歪头山矿是一九七零年国家投资兴建的大型黑色金属矿山，经过四十余年的开采，目前是深部开采，担负着矿岩运输任务的主要设备是直流150吨电力机车双侧传动，随着开采时间的延长，备件资金等方面的影响，各种修理难以得到保证，外加运输线路不规范，致使电机车各种事故频发，影响到电机生产效率，也影响到生产任务的完成，反映的众多问题集中在牵引电机上，电机整流不好，烧前压环，小齿轮脱缓及折断，已引起各方面的关注，目前正积极努力采取措施消除不良的隐患，确保设备的良好。

1 工矿电机的工作条件

1.1 铁道条件，矿山的铁道路基较差，弯道半径小，采场及排土场多是移动线路，水平较差，上下波动大，铁路上常有矿石影响，使电车受到巨大的冲击和振动，反映到齿轮的传动上，处在最恶劣的条件下工作，按照设计规范150吨电车最小曲线半径R=80米，而我矿山由于条件所限达不到80米，有的地方曲线半径65-70米，这样电车在曲线上，小齿轮轴向串动使侧啮合力不同，往往影响使用寿命或造成齿的折断，有时往往把电机轴折断，这是我主要的论述重点。

1.2 接触网的条件：矿山铁道多是采用临时接触网，电机车受电条件较差，尤其是在装卸区只使用旁弓与接触网产生不良接触，使电机电器受到有害电流的冲击，电机及电源接触器的烧损都与此因素有直接的联系。

1.3 电源条件：由于牵引变电所负载变化大，电车与变电所的距离加大，致使接触网电压波动也大，这样在装卸区频繁冒弓使得无论对电器与机械冲击都是非常严重的。

直流电力机车牵引电压波动范围规定额定值的67-120%，而我矿最低到800-900伏，还有环境条件、限界条件、运行条件等，因此，工矿电力机车工作环境相当恶劣。所以，要求在产品设计及制造必须符合这些要求，在检修及维护上应尽力改善条件。随着矿山向深部开采和采掘量的增加，矿山铁道运输的坡道运距运量都相应增大，因此，采用更大机车牵引力保证良好机车性能。

2 在检修中应注意的问题

在工矿电机车运行过程中，小齿轮是电力机车牵引力传递的主要部件，但是，由于受运行条件的影响经常造成小齿轮折断及失效而频繁更换，给生产和检修带来很大麻烦。主要原因有以下几点：

2.1 齿的磨损

我们知道齿轮产生磨损主要原因由于杂质金属以及尘土等进入齿的工作面，齿的光洁度不够或润滑油不足也是造成研磨的主要原因。齿面的磨损，将降低齿的工作强度，由于磨损所造成的齿形误差，将使运动不平稳，从而产生附加载荷及噪音，开式齿轮传动使磨损比较严重，虽然电机车是闭式齿轮传动，但是运行中齿轮盒经常受到铁道内的岩石磨损，经常进入齿轮盒内部部分杂质，造成齿轮磨损。

2.2 齿的折断

齿轮象一个悬臂梁，受载以后齿根处弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分尺寸发生急剧变化，以及沿齿宽方向留下的加工刀痕，引起应力集中。

如果齿工作时产生的弯曲应力的数量值和应力循环次数超过一定限度时，就会在应力集中的根部产生疲劳裂纹，疲劳裂纹的扩展导致齿的折断。严重的过载或冲击载荷也可能导致齿轮的折断，尤其是在曲线半径小，移动线路水平距离高低差较大，齿轮基本上是在这两种载荷状态下运行，所以齿折断的机会更大。由于齿轮轴和支座的变形或制造安装的偏差使载荷集中齿的某一部分也可能造成齿的折断。

2.3 齿的润滑状况

润滑良好的闭式齿轮传动常见于齿表面失效形式为点蚀，即迷疲劳磨损。反映到我车间电车检修时也是经常出现所见的点蚀仅为大大小小的磨点，最后联成一片，形成明显的损伤。

2.4 小齿轮传统安装工艺

我们知道齿轮与支座的变型或制造安装偏差都会造成齿轮载荷不均，针对此情况我们提出改进装配工艺，传统办法是从动齿轮装好后，落入主电机上，从动轮一侧大齿轮与主电机一侧小齿轮啮合正常作标准，而另一侧小齿轮与从动轮大齿轮的啮合是小齿轮加热沿大齿轮螺旋角装入，这样来保证两侧大小齿轮啮合角相同，使齿轮传动时，同时进入啮合区，防止两侧进入啮合受力不均，缺点是：如果小齿轮轴面有伤，推装不到位，仅凭经验是看不出来的，这样啮合面保证不了，而且大齿轮齿廊磨损，延着螺旋角旋入也很难保证组装的精度。

另外，大齿轮与电机小齿轮组装后需把大齿轮用轮箱固定在电机上，这时工作人员往往忽略了一点就是齿轮箱的止口是否完好，硬性用螺栓固定往往使齒受力加上在曲线受到冲击很易折断。

所以，小齿轮与电机组装时，轴必须光滑无损伤，无斑痕，这样保证足够接触面，有时做不到这一点受到外力的小齿轮就会迟缓脱落，造成电机轴和小齿轮报废。而且情况是比较严重的。

3 问题解决方法

3.1 只将一主动小齿轮加热套在牵引电机器电枢轴上，然后将电机吊入专用工具台上，以套好主动小齿轮沟定位，热套另一主动齿轮。

3.2 热套前只将另一主动小齿轮松套在电枢上进行调节定位，通过象限仪侧及另端小齿轮偏差角相等后，将该小齿轮退出并加热待升到规定温度再放入专用工具台套装（专用工具台放在专用定位支架上，在支承架上作平行移动的方向旋入，经象限仪定好度，主动齿轮也可以采用标准轮对的方法安装，即以双边压好从动轮的轮对作标准来安装，这种方法简单而且提高工作效率。但当齿轮螺旋角较大时，热套装需要沿螺旋角扭动来装入，此工艺是湘潭电机厂专利，我车间有一台仿型设备需改进的，参照电机工程手册第六卷及有关机械零件教科书）此种方法是采用定位侧量方法，保证了齿轮的啮合精度，保证两侧齿轮同时进入啮合区使每个齿受力相等，也能避免折齿现象发生。通过几年的生产与实践，我认为齿轮的折断主要是矿山生产条件特殊性，需要我们不断提高认识，从各个方面采取措施，使检修工艺不断改进，采用先进工艺确保齿轮装配精度也是避免齿轮折断主要方法，这是我们在设备检修过程中的粗浅认识。

3.3 由于电力机车的工作条件十分恶劣，为了减少齿轮的磨损，我们让电力机车司机交接班时随时检查电机车的每个齿轮盒是否完好。有破损的，及时回库更换，每班认真检查齿轮盒是否漏油或缺油现象，发现时及时处理。检修更换小齿轮时，认真检查小齿轮表面光洁度，光洁度不够的禁止使用。

3.4 在电力机车的使用中，严格控制司机启动机车时启动过快，要逐级增速。正反向运行时，不要动作过快，等电机车停稳后再反向提速。在加工工艺上，限制加工小齿轮时的根切现象。

4 实际效果

以上几个简单的改进方法，经过一段时间的运行，效果很好，更换小齿轮的频次由原来的月更换变成了一季度更换，大大减轻了检修人员的检修强度，减少了电力机车的回库修时间，提高了电力机车的开动率。

参考文献

[1]职业教育出版社《工矿电力机车司机》.

[2]鞍山冶金运输学校《电力机车电器、检修与运用》.

[3]范佳.机车牵引电机小齿轮微裂纹原因分析及改进措施[J].科技致富向导.2013（15）.

[4]曹殿涛，刘振海.牵引电机轴承固死及小齿轮弛缓故障处理[J].机车电传动.2005（03）.

[5]李云阁，关福臣，刘明玉.牵引电机输出轴上小齿轮装配方法的改进[J].露天采煤技术.2000（02）.

作者简介：娄秀清（1963-），女，机械设备安装与管理专业。