動車組齒輪箱軸承故障分析

動車組齒輪箱軸承故障分析摘要：傳動齒輪箱作為高速列車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，隨齒輪轉(zhuǎn)速的提高，齒輪箱內(nèi)的工作條件急劇惡化。此外，齒輪箱在運(yùn)行時(shí)還承受牽引電機(jī)的扭矩及線路帶來的振動沖擊川I于運(yùn)行工況較為復(fù)雜，在運(yùn)用過程中，齒輪箱是轉(zhuǎn)向架中故障率較高的零部件之一，其性能直接決定了轉(zhuǎn)向架的運(yùn)用性能。關(guān)鍵詞：動車組；齒輪箱；軸承故障；措施1齒輪箱結(jié)構(gòu)分析齒輪箱主要組成部件包括齒輪箱箱體、密封件、軸承、齒輪、軸承座、接地裝置及吊桿。大齒輪壓裝在車軸上，大齒輪軸承通過大齒輪軸承蓋與齒輪箱體和車軸連接，確保車軸、大齒輪和齒輪箱體相對轉(zhuǎn)動。小齒輪軸通過軸承、軸承蓋安裝在齒輪箱體中,小齒輪與大齒輪嚙合傳遞動力。齒輪箱吊桿與構(gòu)架連接。小齒輪軸伸出端通過聯(lián)軸節(jié)與牽引電機(jī)實(shí)現(xiàn)柔性連接，將牽引電機(jī)的動力傳遞到車軸上，帶動車輛運(yùn)行。為降低簧下質(zhì)量，齒輪箱采用鑄造鋁合金箱體。齒輪和軸承的潤滑均使用黏度等級75W-90系列潤滑油，釆取大齒輪旋轉(zhuǎn)帶動的飛濺潤滑方式，設(shè)計(jì)注油量為中油位2.5Lo大齒輪和小齒輪側(cè)的軸承均為圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承釆用面對面布置方式，可以滿足徑向、軸向載荷要求，組裝拆卸較為方便，通過調(diào)整軸承座與箱體間的調(diào)整墊片控制軸承游隙。2齒輪箱軸承損壞原因分析2.1齒輪箱緩和線錯(cuò)位原因分析通過現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，緩和錯(cuò)位過程如下:齒輪箱低溫運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下,軸承內(nèi)圈相對車軸存在一定溫差，當(dāng)受到線路異常沖擊時(shí)，軸承負(fù)載〔徑向力、軸向力〕將超出正常運(yùn)用載荷,該負(fù)載通過滾子傳遞給內(nèi)圈，此時(shí)內(nèi)圈承受的滾子旋轉(zhuǎn)帶來的端面滑動摩擦力矩及滾道面摩擦力矩，超岀內(nèi)圈正常組裝狀態(tài)下所能保證的傳遞扭矩，最終引起內(nèi)圈輕微蠕動，日積月累，緩和線錯(cuò)位明顯。2.2齒輪箱油乳化發(fā)黑原因分析根據(jù)現(xiàn)場潤滑油樣和現(xiàn)場磁性油栓吸附物的分析結(jié)果，結(jié)合動車組運(yùn)用區(qū)間的線路工況〔動車線路為有祚軌道，高鐵線路為無祚軌道〕,認(rèn)為潤滑油變色的主要原因是外界的粉塵、煤灰等從齒輪箱通氣器或者密封處吸入箱體內(nèi)部而導(dǎo)致'尤其在動車組車輛通過隧道時(shí)齒輪箱通氣器處形成負(fù)壓,粉塵、煤灰等污染性微小顆粒易隨氣流倒灌至齒輪箱內(nèi)部并造成潤滑油發(fā)黑。2.3齒輪箱PW側(cè)軸承保持架脫出原因分析根據(jù)問題軸承調(diào)查情況、現(xiàn)場截油環(huán)乙退卸過程調(diào)查、跌落試驗(yàn)結(jié)果及復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，確認(rèn)導(dǎo)致車輪側(cè)軸承保持架、滾珠與軸承內(nèi)圈別離的原因?yàn)楸３旨苁艿酵饬ψ饔盟?。結(jié)合武漢檢修基地截油環(huán)乙工裝為保持架與工裝剛性接觸的實(shí)際情況，且當(dāng)退卸壓力機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)會導(dǎo)致車輪側(cè)保持架直接承受壓力機(jī)FE力的情況,判斷導(dǎo)致本次小軸組成車輪側(cè)軸承保持架脫落的原因，主要是在退卸輪對齒輪箱小軸截油環(huán)乙時(shí)，壓力機(jī)發(fā)生異常,持續(xù)向下作用，導(dǎo)致車輪側(cè)保持架受力變形,進(jìn)而造成保持架與內(nèi)圈脫開并在滾子小端形成壓痕現(xiàn)象。3試驗(yàn)驗(yàn)證3.1采用原潤滑油開展試驗(yàn)驗(yàn)證對動車組齒輪箱采用原潤滑油開展了4項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證:故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)、不同小軸承游隙下比照試驗(yàn)、大注油量/不同溫度下比照試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)論:⑴模擬動車組事故運(yùn)行」二況進(jìn)行試驗(yàn)，故障復(fù)現(xiàn);⑵增加注油量可明顯改善小軸承潤滑條件。3.2采用新品種潤滑油開展試驗(yàn)驗(yàn)證選取新品種潤滑油開展比照試驗(yàn)。試驗(yàn)齒輪箱小軸承游隙調(diào)整為下限值，分別在不同注油量、不同環(huán)境溫度下開展試驗(yàn)比照。比照試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)包括:油品低溫性能.故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)、低油量低溫高速試驗(yàn)、不同溫度下最大負(fù)載反轉(zhuǎn)急加速試驗(yàn)、不同油量下低溫高速運(yùn)行試驗(yàn)、低油量不同溫度下最大扭矩試驗(yàn)、-25°C高油量高速運(yùn)行試驗(yàn)和+40°C高油量高溫特性試驗(yàn)。3.3試驗(yàn)結(jié)論1對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得岀以下結(jié)論：〔1〕在相同的溫度條件下〔＜30°C〕,新潤滑油的黏度較原潤滑油的黏度低,流動性較好。〔2〕在相同的試驗(yàn)條件下，增加潤滑油注油量，明顯改善齒輪箱小軸承潤滑條件；〔3〕釆用原潤滑油，進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，增大小軸承游隙同樣無法防止小軸承燒損，小軸承游隙并非導(dǎo)致小軸承燒損的主要因素。試驗(yàn)驗(yàn)證說明:在齒輪箱參數(shù)不作變更的情況下,更換為低溫性能更好的新潤滑油及增加注油量后，能滿足?25°C低溫環(huán)境下的正常運(yùn)用要求。4齒輪箱典型故障預(yù)防措施4.1齒輪箱緩和線錯(cuò)位預(yù)防措施對緩和線錯(cuò)位齒輪箱分解檢查結(jié)果說明，除車軸的軸承安裝座部位有輕微蠕動痕跡外，所有配合部件狀態(tài)良好。車軸上雖存在蠕動痕跡〔局部黑色物質(zhì)為軸承表面磷化膜脫落〕/旦山于該部位為壓裝配合部位，故不會發(fā)生疲勞擴(kuò)展，車軸的日常超聲波探傷亦可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。在檢修故障齒輪箱時(shí)，將軸承內(nèi)圈加壓作業(yè)時(shí)懸浮齒輪箱/吏車軸處于豎直狀態(tài)，且在內(nèi)圈熱裝后于車軸同溫后〔約lOmin〕再加壓，從而確保內(nèi)圈與大齒輪箱密貼。4.2齒輪箱油乳化發(fā)黑預(yù)防措施對發(fā)生潤滑油乳化的齒輪箱，按使用維護(hù)手冊的作業(yè)要求，將潤滑油排凈后重新加注新潤滑油恢復(fù)使用，并保持運(yùn)用跟蹤;對發(fā)生潤滑油發(fā)黑的齒輪箱，按使用維護(hù)手冊的作業(yè)要求，將潤滑油排凈重新加注新潤滑油，以及更換通氣器內(nèi)被污染的濾芯，并保持運(yùn)用跟蹤。后續(xù)對極端氣候條件下現(xiàn)有通氣器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;增加二級修通氣器臨修檢修項(xiàng)山再檢查齒輪箱油的狀態(tài)，適時(shí)開展檢修。4.3齒輪箱PW側(cè)軸承保持架脫出預(yù)防措施臨時(shí)預(yù)防措施:優(yōu)化小軸截油環(huán)乙工裝，在工裝底部放置白色尼龍板進(jìn)行緩沖，當(dāng)截油環(huán)乙從小齒輪軸組成上完全退出后,小齒輪軸組成會完全落入工裝內(nèi)部，避免退卸截油環(huán)乙時(shí)車輪側(cè)軸承保持架與工裝剛性接觸。最終預(yù)防措施:對現(xiàn)有截油環(huán)乙退卸工裝〔包含一套支撐臺，一套支撐筒底座〕進(jìn)行系統(tǒng)改造,支撐筒底座調(diào)質(zhì)處理，外表發(fā)黑,支撐臺底板發(fā)黑處理，支撐臺承受25kg重物時(shí)能夠收縮自如，壓縮量約為自然長度的三分之一，確保設(shè)備在故障工況時(shí)也不會導(dǎo)致軸承保持架受到損傷。4.4檢修制度動車組軸箱軸承免維護(hù)工作性能〔無需重新注油〕不低于120萬公里。軸承實(shí)行方案預(yù)防修的檢修制度,按照走行公里數(shù)或運(yùn)營時(shí)間〔與各平臺動車組高級對應(yīng)〕制定不同等級的修程方案。當(dāng)軸承進(jìn)行故障檢修時(shí)，須根據(jù)故障現(xiàn)象及原因進(jìn)行狀態(tài)檢修或分解檢修。結(jié)論分析動車組齒輪箱軸承損壞的原因，通過比照試驗(yàn)確定造成動車組齒輪箱圓錐滾子軸承損壞的主要原因是潤滑油低溫性能較差且齒輪箱注油量偏少'通過更換低溫性能更佳的潤滑油且適半增加潤滑油加注量解決了軸承損壞的問題。通過過程調(diào)查、拆解檢查、軸溫?cái)?shù)據(jù)分析、失效機(jī)理和因素排查以及軸承結(jié)構(gòu)分析'認(rèn)為導(dǎo)致小軸側(cè)軸承燒損的原因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下小軸承潤滑條件較差,造成軸承滾子大端面與內(nèi)圈大擋邊間的潤滑油油膜短時(shí)不連續(xù)、潤滑不良，導(dǎo)致軸承燒損破壞。參考文獻(xiàn)：[1]劉杰.關(guān)于CRH5型動車組牽引系統(tǒng)故障分析及維保的探討[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),2021(32):106?[2]羅光兵.高速動車組轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷分析[J].機(jī)械工程師,2021(06):148-150.[3]張錦錦.動車組齒輪箱油液檢測與故障診斷系統(tǒng)的研究[D].蘭州交通大