高速列车齿轮箱可靠性研究

高速列车齿轮箱可靠性研究

张彦吉

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春130062

摘要：齿轮箱是高速列车的重要机械部件之一。列车运行过程中，在强振动、大温差、交变载荷的共同作用下，易发生故障。为降低维修费用，缩短维修周期，对齿轮箱常见故障进行分类汇总，并利用科学的防护措施降低其故障发生率，对于高速列车的安全稳定运行具有重要的意义。

关键词：高速列车；齿轮箱；可靠性

1 齿轮箱故障的主要形式

齿轮箱包括了齿轮、轴承、传动轴和箱体结构等主要部分。了解故障形式，掌握各类故障的特点是进行故障诊断的首要条件。根据振动信号的不同，常见的一些故障形式有以下几种。

图1 齿轮箱结构图

1.1 齿形误差

这种误差是指齿轮齿形偏离理想的齿廓线，常见的铸造误差、安装误差和运行误差都属于齿形误差。文章重点针对运行使用后的齿轮所产生的误差，其中包含塑性变形、非均匀磨损和表面疲劳等。还有一种误差是断齿造成的，但是这种齿形误差的振动信号和上述的三者的振动信号有着很大的区别。故文章把断齿另外作为一类故障形式，便于分析。

1.2 齿轮均匀磨损

齿轮均匀磨损其实是指齿轮在运行的过程中相互摩擦从而受损的现象，其中包含磨粒均匀磨损和腐蚀均匀磨损。

1.3 齿面点蚀

齿面点蚀的产生是由于齿轮长时间啮合工作，齿面受到周期往复的切应力作用，这种切应力周期性的冲击齿面，开始仅仅只是细小裂纹，久而久之裂痕逐渐加深并最终导致齿面材料剥落，产生点蚀，出现点蚀故障的齿轮硬度将减小。发生点蚀的齿轮在运行时会表现出振动异常、噪声增加和不平稳传动。

1.4 齿面胶合

在一些大型旋转机械中常会出现齿面胶合故障的齿轮，产生这类故障的原因是润滑不足所导致的，发生齿面胶合故障的齿轮需要特别重视，这类故障问题比较严重。齿面胶合有两种，热胶合和冷胶合。

顾名思义，热胶合是由于旋转机械的转速太高，齿轮间摩擦产生较高的温度使得润滑类物质遭到破坏，对金属失去保护效果，从而使齿轮局部熔化引发故障。

造成冷胶合的主要原因是由于齿轮间接触应力过大所导致，主要发生在负载大、低转速的工况下，过大的负载使得齿轮间相互挤压严重，破坏了油膜，导致齿轮的啮合面直接接触，再加上高强度的应力作用最终导致齿轮间相互粘合。

1.5轴不对中

轴不对中指的是轴系之间相互平行但不对中，造成此类故障的原因主要是联轴器两端的轴在生产、安装以及运行的过程中出现问题，出现轴不对中问题时会造成轴上安装的齿轮产生齿形误差。在振动信号的特点方面，出现轴不对中问题的轴上齿轮会产生信号调制现象。

1.6 断齿

断齿主要分为两种形式，一种为疲劳断齿，是由于齿轮长期处于运行状态过度疲劳或是达到寿命时长而产生断面。另一种为过载断齿，是由于负载压力过大超过了齿轮的许用应力，从而导致断齿故障。在振动信号特点方面，断齿的冲击能量很大，信号的波形与磨损有很大区别。

1.7 轴弯曲

轴弯曲也是经常产生的故障。按弯曲程度分为轻度和重度，发生轻度弯曲的轴上齿轮会出现齿形误差与轴不对中的现象。重度弯曲时，产生的冲击能量较大，如不及时排查检修将会造成严重的后果。在振动信号特点方面，重度轴弯曲的振动信号也较轻度有所区别。

2提升高速列车齿轮箱可靠性的措施

2.1 加强日常运行维护

高速列车齿轮箱故障除了设备自身材料质量及制造工艺等因素的影响外，主要是运行维护不当导致的。因此，要加强对齿轮箱的日常维护，降低其故障发生率。维护管理人员要按照厂商提供的指导书，并结合实际运行环境，制定完善的日常维护内容，加强日常运行维护管理。比如要做好防水、防潮、防尘保护，定期清理零部件锈蚀、杂质、灰尘等。正常运行时，由于润滑不良会导致齿轮箱多种故障发生，因此需要定期对齿轮箱润滑油进行检测，关注润滑油的黏度、酸值、水分含量以及颗粒物等指标变化，如果润滑油品质不达标要及时更换。温度传感器运行状况是否良好等。检查齿轮有无点蚀、磨损、断齿等情况，轴承有无磨损、滚珠脱落等情况，紧固件和连接件有无松动，箱体有无变形、开裂、渗油等。

2.2应用监测技术和检查仪器

齿轮箱在应用中，利用在线监测技术可以提前发现齿轮箱存在的安全隐患，及时采取优化改进措施。在实际中，常用的在线监测技术是振动频谱分析技术，通过对齿轮箱振动数据的收集和振动波形的分析，判断出故障部位。利用在齿轮箱上安装的在线监测设备收集齿轮箱的运行数据，齿轮箱发生故障后，振动特性会发生变化，信号会发生畸变，或者啮合频率处的频谱值会明显变大，结合这些特征可以定位齿轮箱故障部位。利用在线监测，可以掌握齿轮箱运行状态及异常征兆，及时发现故障。实际中，可单独建立在线监测系统，也可以在齿轮箱上安装在线监测传感器，通过收集、分析传感器数据来达到监测设备状态的目的。由于齿轮箱的结构比较复杂，只有借助仪器才能更好地检查内部零部件的运行状况及细微的缺陷。在实际中，常用内窥镜来检查箱体内部。内窥镜携带比较方便，而且清晰度高，操作简单。当齿轮箱出现噪声变大、振动异常等状况时，利用探头从箱体的窥视孔伸入到内部进行检查，主要检查行星及圆柱齿轮面是不是有点蚀、磨损等情况，轴承是否有磨损情况，根据检查结果采取预防措施，避免小缺陷发展成大故障。

2.3强化异常油样管理

一是制定合理的油样送检、化验流程，将油样送检、化验等环节高效联动起来，减少不必要的时间损耗。二是异常油样送检结果出具前，通过对润滑油油色、齿轮箱磁性油栓、排油堵、温度数据、历史故障等对齿轮箱状态进行全面分析，严格按照不同失效原因和失效表征所对应的处置标准进行处置。三是将异常油样比照走行部故障进行管理，同时进一步完善异常油样信息流转及异常数据追踪。通过加强异常油样管理，异常油样数据均能够得到及时有效处置。

3结语

齿轮箱是高速列车的重要组成部件，其状态是否良好对于高速列车运行可靠性有着重要的影响。在具体工作中，做好齿轮箱的运行维护管理工作，做好前期预防，可以延长其运行寿命，减少维护成本，保证高速列车安全稳定的运行。

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