轨道交通牵引齿轮箱试验技术探究

张志强 赵立建

【摘要】我国实行了列车第六次提速以及新的列车运行图以来，列车已经逐渐的融入到全国人民的生活中，并提高国民的生活水平，改变着人们的出行方式。根据我国铁路局的规划，大约到2020年，我国的高速铁路预计达到1.6万公里甚至更多。目前动车组列车的运行时速可以达到350Km/h，实验时速高达420Km/h.随着车速的0不断提高，安全性问题备受关注。齿轮箱作为驱动车辆前进的主要零件，其安全性对列车是否能安全稳定的运行有直接的影响。

【关键词】牵引;齿轮箱;疲劳损伤;动力

铁路的高速发展，我国目前已经是全世界规模最大，运行速度最高的铁路网，动车作为主要的运营载具，它的可靠性一直是车辆设计重点考虑的问题，不同的疲劳失效都会影响到动车组列车运行的安全性。高速列车在速度很高的条件下进行工作时，它的牵引系统处于高速重载的情况。高速列车又将承受着来自车辆和轨道的震动和冲击力，无形中给列车增加了负载量，使牵引系统的运行条件更加恶劣。齿轮箱经常会出现很多的麻烦，比如说漏油情况、油温过高、或者齿轮箱疲劳出现裂纹，这些问题的出现会把旅客置于很危险的境地。

一、齿轮箱常见的问题

高速列车齿轮箱常见的故障有很多，比如漏油、油箱异物、油温过高等，但是最常見的故障是裂纹。根据有效数据统计，自从2016年6月份唐山生产生产的动车组列车在武广线发生第一起齿轮箱裂纹事故以来，到目前为止，因为齿轮箱裂纹引发的安全事故累计达到大约30起。其中武广线多达一半以上，运行公里数最长在50多万公里以上，京沪线裂纹故障的动车组列车最长运行公里数在130以上。在动车组列车的工作人员对车辆进行检查后，对齿轮箱发生裂纹的位置进行了统计，大部分的齿轮箱裂纹发生在检查恐和也为观察窗周围，并且裂纹的周围都存在很严重的漏油情况。相关工作人员对裂纹部位进行断口分析，情况表明裂纹的位置都有不同程度的加工问题，属于疲劳裂纹。根据铁科院出的具体检查报告以及分解检查情况来说，上箱体存在不同程度的铸造缺陷，下箱体还有机器加工的刀痕。使得齿轮箱容易发生裂纹现象，进而造成润滑油的泄露，润滑油泄露轴承在没有润滑油的条件下运行就会使油温继续升高，导致安全事故的发生。所以要在源头抑制裂纹现象的发生，保证我国的铁路事业安全有效的运营。

二、齿轮箱的结构特点

旧的齿轮箱因为比较容易发生裂纹现象，所以对旧齿轮箱做出了改进，为了避免出现旧的齿轮箱应力集中的问题出现，把筋板连接的焊缝位置变成了圆角，（如图1所示）连接处焊缝处理。新的齿轮箱在铸造方面也缁出了很多改进，页面观察孔的位置，由旧式的方孔改为圆孔。

新式的齿轮箱在闭合方向上与旧式的相比较转换了90度，减少了齿轮箱的连接位置有过多的焊接，新式的齿轮箱在检查口的两侧及其上方都增加了筋板的数量，不仅检查口局部强度增加，齿轮箱整体的结构强度也会有所增加。新式齿轮箱采用了箱底对称的结构，为了避免列车在加速度多大时，齿轮箱发生摆尾的现象，减小油箱的体积，增加箱体内壁的厚度，齿轮箱的重量也会有一定程度的增加。

三、速度对应力值的影响

速度是高速列车最为关注的核心问题，近几年来国家铁路对动车的普遍提速，尤其是对齿轮箱在启动以及制动带来的一定程度上电信号的冲击对齿轮箱的疲劳有着严重的影响。所以动车在速度变化的过程中对应力的研究是极为关键的。在京广线动车组列车的应力测量值最大，它的频谱图在586Hz，这是造成应力测量值过大的主要原因。通过速度的不断变化造成的动车组列车应力的变化探究频率的原因。研究对象为深圳一北京的路线，里程数为2400公里，列车在正常运行条件下运行，最高的速度为320Km/h，测试时采用的频率为2500Hz，通过GPS对列车的路况和数据采集的时间进行全程的把握。测试点在大齿轮箱的底部，是多次实验下应力变化较大的位置，测量的时间为，加速、匀速、以及减速这三种情况进行综合性分析。加速阶段，速度会有连续的变化，由开始的OKm/h变化到300Km/h，在加速阶段应力有很大的变化，速度平稳之后应力的变化波动比较平缓。加速阶段频率的峰值达到557Hz，与全程相比较来说，是在能量值很低的阶段，在列车进行加速度的过程中，能量高频主要在速度超过150Km/h，能量值和频率对于速度的变化两者是正相关的关系，速度不断的上升，能量值也会随之上升。匀速阶段是列车正常运行最核心的阶段，是齿轮箱能量变化的主要阶段，速度的变化范围一定，应力值有一定程度的变化，对于频率为500Hz以下，主要是由轴箱的震动传递给齿轮箱，和加速度具有类似的某些特征。减速时车辆的应力变化和加速度相似，速度和频率之间具有一定的线性关系。

综上所述，齿轮箱是一个由传动系统以及油箱、轴承等的结构系统组成的弹性机械系统，悬挂在列车的动轴上，位于列车的下部。齿轮箱的震动是判断齿轮箱是否正常工作的重要标志，齿轮箱的震动主要是由两方面原因造成的，一个是铸造水平的不同，另一方面线路的运行条件也在不同程度上影响着箱体的震动。高速列车对于所用的材料是否是轻量化提出了更高的要求，齿轮箱由于结构的变化带来的应力集中的降低以及疲劳强度的改变，没有办法评估列车疲劳的极限，就无法判定是否满足疲劳的要求。为了避免漏油等情况的发生，和保障列车正常的运行发展，对齿轮箱的实验研究就显得极为重要。对齿轮箱的研究能有效的提高列车运行的可靠度，并且及时有效的对列车出现的异常情况和故障进行准确的判断，在条件允许的情况下尽可能的延长齿轮箱的使用寿命，为动车组列车的安全运行提供保障。