cd08-1850型道岔機械作業(yè)走行車軸齒輪箱的研制

cd08-1850型道岔機械作業(yè)走行車軸齒輪箱的研制

隨著我國鐵路運輸快速發(fā)展和重新部門的發(fā)展，大型道路維護機械已成為鐵路加快戰(zhàn)略中不可或缺的技術設備。引進技術制造的CD08-475型道岔搗固車是道岔地段搗固作業(yè)的主要機型,其作業(yè)效率高、施工質量好。但因為該機許多重要零部件依賴進口,影響了整機制造成本的降低。作業(yè)走行車軸齒輪箱是道岔搗固車的重要部件,質量要求較高,進口價格昂貴。為了提高整機性價比,降低成本,進行道岔搗固車作業(yè)走行車軸齒輪箱的國產化研制是非常必要的。1主要技術特點和參數(shù)1.1作業(yè)走行車軸齒輪箱+液壓馬達CD08-475型道岔搗固車為步進式搗固作業(yè),其作業(yè)走行為液壓傳動,以滿足作業(yè)過程中的頻繁啟動、制動或換向要求。它由兩臺低速大扭矩液壓馬達分別驅動前轉向架的車軸齒輪箱和后轉向架的作業(yè)走行車軸齒輪箱,以實現(xiàn)作業(yè)走行。CD08-475型道岔搗固車后轉向架見圖1。作業(yè)走行車軸齒輪箱與液壓馬達連接在一起,通過箱體內主、從動齒輪的的嚙合或分離,來滿足作業(yè)走行或高速走行的要求。箱體通過扭力臂支承懸掛在轉向架構架上。1.2動輪對等組成作業(yè)走行車軸齒輪箱采用一級直齒輪減速傳動方式。由輸入軸、撥叉、主動齒輪、從動齒輪、驅動輪對等組成,其結構見圖2。從動齒輪安裝在驅動輪對的車軸上;主動齒輪通過內花鍵裝在與液壓馬達聯(lián)接的輸入花鍵軸上。箱體外氣缸動作時,通過聯(lián)接撥叉,推動主動齒輪與從動齒輪嚙合或分離,以實現(xiàn)道岔搗固車的作業(yè)走行或高速走行。箱體內的齒輪和軸承均為油池潤滑。1.3工作速度、nm傳動比4.227;主動端輸入最大扭矩/N·m2035;作業(yè)走行速度/km·h-10～4;車輪直徑/mm?920;工作環(huán)境溫度-10℃～+40℃。適用于雙向運轉。2運營車輛的齒輪箱設計2.1齒輪的設計和計算1齒輪齒輪材料走行齒輪不僅要轉遞扭矩,還要受到來自軌道的沖擊,特別是搗固作業(yè)中頻繁啟動、制動的工況,齒輪所受的沖擊更大,因此齒面接觸應力和齒根彎曲應力均較大。給合我公司多年生產養(yǎng)路機械走行齒輪的經驗,主、從動齒輪均設計為硬齒面直齒輪。從動齒輪采用較高淬透性合金調質鋼40CrMo,齒面氮化處理;主動齒輪采用強韌性高的合金滲碳鋼20CrNi3。22傾斜螺母的基本選擇根據(jù)齒輪箱的技術參數(shù)及設計要求,齒輪基本參數(shù)設計見表1所示。3齒面接觸、輪齒彎曲強度計算方法按照國標GB/T3480—1997《漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法》進行齒面接觸強度、輪齒彎曲強度的兩種校核計算,由計算結果可知,均滿足設計要求。2.2主框架的設計1上、下車式結構為了便于安裝和檢修,箱體設計為剖分式結構,由上、下箱體組成,見圖3。剖分面與齒輪軸線重合,上、下箱體由定位銷定位,通過螺栓連接成一體。2材料箱體材料采用ZG230-450,其化學成分見表2,機械性能見表3。2.3蛇行運動穩(wěn)定性輪對是最重要的部件之一,它直接關系到道岔搗固車運行的安全性、平穩(wěn)性以及抗蛇行運動的穩(wěn)定性。引進技術的作業(yè)走行車軸齒輪箱輪對以及整車輪對與國內差異很大,配套困難。基于此原因,與中國南車集團戚墅堰機車車輛工藝研究所聯(lián)合研制適宜于道岔搗固車裝機使用符合UIC標準的整車輪對。1r7國產車輪鋼和uc212-3車輪的幅板設計為呈雙“S”形幅板,材質為符合國際鐵路聯(lián)盟標準UIC812-3的R7國產車輪鋼。為減小高速運行時的輪軌動作用力,車輪為全加工、全探傷的精制輪,有效地消除由于尺寸公差超差所造成的踏面不圓,車輪偏心等問題,明顯有別于現(xiàn)有的國產車輪。2車軸力學性能車軸采用引進技術的車軸樣式,材質為經二次正火加一次回火熱處理的50鋼車軸,熱處理后的力學性能和晶粒度達到TB/T2945—1999技術條件要求。其軸頸直徑為?150mm,軸頸中心距為2000mm,車軸全長2180mm。作業(yè)箱輪對車軸軸身,設一個齒輪及軸承座,按車軸尺寸及斷面計算,結果表明能滿足強度要求。3主要零件的制造工藝措施作業(yè)走行車軸齒輪箱制造的關鍵是齒輪(尤其是帶矩形內花鍵的主動齒輪)、箱體和從動齒輪的組裝。3.1主動齒輪設計主動齒輪作為齒輪箱的主要零件,結構簡圖見圖4。其性能好壞直接影響著作業(yè)走行車軸齒輪箱研制的成功與失敗。主動齒輪為帶矩形內花鍵的外齒輪,其在齒輪箱內,依靠花鍵聯(lián)接起離合器作用。在氣缸動作時,通過連接桿推拉嵌在10+0.10槽內的撥叉,帶動其移動。為確保該件在輸入軸上滑動自如,同時要耐沖擊,耐磨,內花鍵齒設計為經滲碳淬火的硬齒面。因此,整件齒輪的熱處理和減小熱處理對內花鍵變形的影響是主動齒輪制作的關鍵。1切齒后熱處理,加熱退火①熱處理技術要求滲碳淬火,滲碳層深1.0～1.4mm,淬火后表面硬度HRC58～62。②預備熱處理齒坯鍛造→正火→高溫回火→粗車→高溫回火。③切齒后熱處理滲碳(隨爐緩冷到550℃～600℃,出爐空冷)→鹽浴爐加熱淬火→低溫回火。該齒輪熱處理的關鍵為滲碳后,再加熱淬火溫度的選擇。淬火溫度太高,表面馬氏體、殘余奧氏體級別太高;淬火溫度太低,心部出現(xiàn)鐵素體,從而降低了心部硬度和強度。綜合考慮諸多因素,選用800℃的溫度淬火是適宜的。經該熱處理工藝處理的主動齒輪,經檢測符合TB/T2254—91《機車牽引用滲碳淬硬齒輪金相檢驗標準》要求,檢測結果見表4。2小熱處理變形量的確定由試驗得知,淬火后花鍵小徑收縮,導致了鍵槽寬縮小,嚴重時鍵槽寬尺寸縮至11.94mm左右,且淬火后,孔易呈橢圓形或錐度變形,造成整形誤差。為減小熱處理變形量,采用套芯軸淬火法。特設計一芯軸,其外圓尺寸比齒輪內花鍵小徑放磨量后下差尺寸小0.03～0.05mm。齒輪在鹽浴爐中加熱至淬火溫度后,將齒輪從鹽浴爐中快速取出,并迅速套入冷芯軸中,隨后同芯軸一起淬入油中,待冷定后壓出芯軸。該法簡單易行,能有效控制孔和鍵槽寬的收縮變形,處理后的齒輪鍵槽寬尺寸均在工藝設計尺寸公差范圍內。為進一步確保鍵槽孔的形位公差和鍵槽側面的表面粗糙度,而后再經一把花鍵推擠刀對花鍵孔進行整形加工,以滿足設計及使用要求。3.2制作風格1同上、下設備澆鑄為確保鑄件的鑄造質量,增設了拉伸試樣同上、下箱體同爐澆鑄,同爐熱處理。在試樣經車削、磨削后的拉伸試驗和金相組織分析合格后,方進行箱體的后續(xù)工序加工。22合箱表面的加工為防止搗固車運行過程中,箱體內部溫度升高氣體膨脹,油氣從剖分面泄漏,上、下箱體合箱面采用刮削加工,提高了合箱氣密性。32箱座的加工箱體上各軸孔及端面的尺寸、形位公差要求較高,均在立臥加工中心上一次裝夾加工完成。經三坐標檢測機檢測均滿足設計要求。3.3垂直豎裝工藝從動齒輪在車軸上的軸向定位是整個齒輪箱組裝的關鍵。根據(jù)車軸與從動齒輪組裝要求,采用車軸與從動齒輪加熱后垂直豎裝工藝。該工藝實施的重點為從動齒輪組裝臺位形位公差的要求和從動齒輪的最佳油浴加熱溫度。因此,設計了相應的工位器具和合理的組裝工藝流程來保證車軸與從動齒輪順利組裝和從動齒輪端面軸向跳動量符合工藝要求。4擬搗固車實際運行中的工況臺架試驗是作業(yè)走行車軸齒輪箱組裝完成后,檢測其研制結果和組裝質量的一道關鍵工序。在試驗臺上,對于輪對的定位、齒輪箱的懸掛盡量摸擬搗固車實際運行中的工況。按照擬定的CD08-475型道岔搗固車作業(yè)走行車軸齒輪箱試驗要求,進行高、低速正、反轉臺架試驗。要求試驗期間,運轉平穩(wěn)無沖擊、無異常聲音,噪聲≯87dB;各軸承溫升≯45℃,最高溫度≯85℃;軸承座及上、下箱體各結合面處均不得