DWL-48型捣固稳定车驱动齿轮箱轮对的研制

胡昌洋 李 胜 许涛涛

(南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

DWL-48型捣固稳定车驱动齿轮箱轮对的研制

胡昌洋 李 胜 许涛涛

(南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

介绍了DWL-48型捣固稳定车驱动齿轮箱轮对技术参数及其关键技术，并阐述其功能原理、结构特点。通过型式试验、反压试验以及装车使用表明齿轮箱轮对运行平稳、密封可靠，达到了设计要求，满足了DWL-48型捣固稳定车使用需要。

驱动齿轮箱轮对；齿轮；密封；轮对压装

DWL-48型捣固稳定车是新一代综合大型养路机械，是当今世界上性能最先进的线路捣固机械之一，驱动齿轮箱轮对是该车关键部件。

1 齿轮箱轮对主要技术参数及要求

工作环境温度：-10℃～40℃。 适用于1 435 mm标准轨距，轮径(新)：ø920 mm，轴径：ø150 mm。 静态轴重：22 t； 额定功率：174 kW； 齿轮传动比为3.7272； 主动端输入最高转速不超过2 600 r/min。 满足最高自运行100 km/h、联挂120 km/h的速度要求，齿轮箱适用于双向驱动。

2 齿轮箱轮对工作原理及结构特点

DWL-48型连续走行捣固稳定车前动力转向架由2组驱动齿轮箱轮对驱动，齿轮箱轮对结构如图1所示。驱动齿轮箱一端支撑在车轴上，另一端通过扭力支承悬挂在车体转向架上。驱动齿轮箱轮对主动端通过万向联轴节与分动箱连接，由于液力传动箱输出轴与动轮轴互相垂直，故采用相交轴传动，通过一级锥齿轮直接驱动轮对。

1—轴箱支撑装置；2—车轮；3—车轴；4—万向轴中间支撑；5—箱体；6—扭力臂；7—油标。图1 驱动齿轮箱轮对结构

3 齿轮箱轮对关键技术

3.1 齿轮的设计制造

(1)齿轮材料选择。齿轮箱轮对运行、作业时，齿轮不仅传递较大扭矩，还受到来自轨道的冲击,容易造成齿轮过载断齿、疲劳断齿和硬化层剥落。因此，主动、从动齿轮均选择20Cr2Ni4A渗碳钢材料，与国外大型养路机械齿轮采用的17CrNiMo6相比，它的抗弯强度和冲击韧度等力学性能更好，淬透性相近[1]。采用渗碳淬火热处理工艺，有效硬化层深度为1.4～1.8 mm，齿面硬度为58 HRC～62 HRC，芯部硬度为35 HRC～45 HRC。

(2)齿轮结构及基本参数选择。齿轮副采用格利森弧齿锥齿轮，该型齿轮具有承受较强过载和冲击的能力，传动平稳。另外，其加工机床价格比较便宜，便于齿轮加工生产组织。驱动齿轮箱工况分为短期过载(最大扭矩)和最高车速(v=100 km/h)工况。根据GB/T 10062-2003《锥齿轮承载能力计算方法》，齿轮副主要参数及不同工况下齿轮承载能力校核分别如表1和表2所示。

(3)齿轮的制造。由于齿轮热处理造成的齿部和轴身弯曲变形很难控制，传统的渗碳淬火后磨齿工艺很难保证齿轮质量。为了提高齿轮精度，采用热处理后磨齿技术，消除热处理变形，齿轮精度达到6级，降低了齿轮箱噪音，提高了成品率。磨齿后齿轮不需要配对可互换使用，并使齿轮的早期接触面积增大，提高了齿轮接触强度。齿轮加工后，进行喷丸强化处理。

表1 齿轮副主要参数

表2 齿轮承载能力校核

3.2 箱体的设计

(1)箱体结构。考虑到安装维修方便，采用了圆形设计，沿轴孔剖分结构(见图2)，上、下箱体通过螺栓连成一体。

(2)箱体材料。箱体是驱动齿轮箱传动零件的基座，承受来自轨道的振动和冲击，应具有足够的强度和刚度。为了保证箱体强度，采用ZG230-450铸钢材料，具有较高的强度、塑性和韧性，能较好地满足驱动齿轮箱的需求。

1—圆锥销孔；2—油泵座孔；3—螺栓连接孔；4—上箱体；5—油孔；6—螺堵孔；7—下箱体；8—工艺孔。图2 箱体结构

3.3 润滑及密封设计

(1)润滑设计。因箱体内圆锥轴承安装结构原因，安装在轴承座内的主动端轴承不能获得足够的润滑油。因此，主动端圆锥滚子轴承，采用安装在车轴上的偏心机构带动齿轮箱强制润滑装置喷油润滑，并在轴承座处安装集油槽。从动端车轴轴承、齿轮靠浸油飞溅润滑。这就保证了主动端轴承在齿轮箱高速、低速运行时都能得到充分润滑。

(2)车轴贯通部设计为双骨架油封密封型式，骨架油封内部填润滑脂，保持骨架油封较长时间的润滑。输入端轴承座和箱体静密封处采用涂密封胶端面密封和O形圈密封。该密封方式具有结构简单、密封可靠等优点，经过实际使用验证，密封效果好、无泄漏。齿轮箱润滑及密封结构如图3所示。

1—骨架油封；2—轴承；3—O形圈；4—轴承座；5—端盖；6—骨架油封；7—油泵；8—箱体；9—从动齿轮；10—齿轮轴。图3 齿轮箱润滑及密封结构

3.4 轮对的设计

(1)车轴的设计。车轴材料选择DIN EN 13261标准规定的EA4T淬火和回火钢。车轴结构设计主要考虑轴重、从动齿轮内孔的装配、轴箱轴承的选择、齿轮箱车轴轴承等因素。

(2)车轮设计。车轮采用UIC 812—3和DIN EN 13262标准规定的R7T钢，结构参考国外先进车轮结构设计，呈反S形。

(3)轮对压装。采用注油压装工艺。合金钢车轴轮对压装的关键在于过盈量设计、车轴轮座和车轮毂孔加工质量的控制，以及车轮油孔位置选择。根据过盈配合的计算和选用标准计算得出轮对压装过盈量为0.14～0.31 mm。参考TB/T 1463—2006《铁道机车轮对组装技术条件》，整体辗钢车轮过盈量为毂孔直径的0.9‰～1.4‰，选取0.17～0.28 mm进行试制和试验。车轮的刚性中心比较靠近车轮的内侧，注油孔位置需要在降低压入力和有效作用距离两者之间合理选择，需要利用有限元分析车轮刚性中心位置以及实际压装试验，来调整、选择注油孔的位置。

3.5 悬挂装置设计

齿轮箱悬挂装置结构如图4所示。驱动齿轮箱悬挂装置底座焊接在转向架横梁侧面，扭力臂与底座之间分别通过销轴、连接板过渡连接，销轴与连接板之间均有关节轴承连接，销轴与底座销轴孔安装有橡胶减振器衰减振动。

4 试验与应用

1—扭力臂；2—销轴；3—连接板；4—底座。图4 齿轮箱悬挂装置结构图

研制的齿轮箱轮对在齿轮箱综合试验台上进行了低速磨合、高速空载试验，试验结果表明驱动齿轮箱运行平稳，润滑密封可靠，噪音低。轮对压装后，在专用轮对压装机上按照铁道标准进行反压试验，轮对压装紧固力满足要求。装车考核后，齿轮箱轮对各项性能达到设计指标，截至目前已经有百余台DWL-48型捣固稳定车配套驱动齿轮箱轮对在北京、上海、武汉、广州等维护基地使用，效果良好。

[1] 刘胜新.实用金属材料手册[M].北京:机械工业出版社,2011.□

(编辑：李琳琳)

2095-5251(2016)01-0016-02

2014-11-03

胡昌洋(1979-)，男，硕士研究生学历，工程师，从事生产管理工作。

U216.6

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