摘要：工礦電機(jī)車(chē)在鐵礦現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)，出現(xiàn)減速器高速軸打齒、滾動(dòng)軸承損壞、減速箱滲油的問(wèn)題，導(dǎo)致減速器無(wú)法正常工作，致使機(jī)車(chē)停止運(yùn)行。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用狀況對(duì)現(xiàn)有減速器高速級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，為滿足使用要求，對(duì)減速器高速級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)，徹底解決了高速級(jí)軸承損壞、錐齒輪打齒和減速箱滲油的問(wèn)題，不僅延長(zhǎng)了減速器使用壽命、提高了機(jī)車(chē)質(zhì)量，而且達(dá)到了降低制造成本和保護(hù)區(qū)域環(huán)境的雙重效果。

　　隨著鐵道建設(shè)等行業(yè)的不斷發(fā)展，架線式礦用電機(jī)車(chē)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電機(jī)車(chē)”) 因其良好的環(huán)保性、安全性以及承載能力，被施工場(chǎng)所中作為常用的牽引運(yùn)輸設(shè)備。電機(jī)車(chē)主要用于對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的工具、材料進(jìn)行運(yùn)輸，在大型施工現(xiàn)場(chǎng)的輔助運(yùn)輸工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

　　電機(jī)車(chē)主要由車(chē)架、司機(jī)室、電氣控制系統(tǒng)、走行減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)等組成。車(chē)架采用框架式焊接的鋼結(jié)構(gòu)，在車(chē)架上分別設(shè)置有司機(jī)室、受電弓、電氣控制系統(tǒng)等，電機(jī)車(chē)由受電弓供應(yīng)直流電，直流電通過(guò)牽引變流器轉(zhuǎn)換成電壓與頻率可調(diào)的三相交流電供 2 臺(tái)變頻調(diào)速三相異步電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)的輸出軸通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與走行減速機(jī)構(gòu)的減速器輸入軸相連接，經(jīng)過(guò)二級(jí)齒輪減速傳遞至車(chē)軸上，經(jīng)二級(jí)減速，由大直齒輪( 抱軸) 傳遞給輪對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使電機(jī)車(chē)前進(jìn)或后退。

　　一、減速器存在的問(wèn)題

　　CJY40 /9GY - 750 型電機(jī)車(chē)應(yīng)用于溫度 -5 ～ 35 ℃，濕度小于 90% ，該電機(jī)車(chē)是直-交傳動(dòng)，采用 2 臺(tái) YVF - 110Q 變頻調(diào)速牽引電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)額定功率為 110 kW，額定電壓為 400 V，額定電流為 186 A，額定轉(zhuǎn)速為 737 r/min，額定轉(zhuǎn)矩為 1 425 N·m，防護(hù)等級(jí)為 IP55，主要用于地下礦洞重礦車(chē)組質(zhì)量為 520 t 鐵礦石的運(yùn)輸牽引。

　　減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩。該減速器是全封閉圓錐 - 圓柱兩級(jí)減速器，可雙向傳動(dòng)，減速器示意圖如圖 1 所示，第一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)。

　　在電機(jī)車(chē)運(yùn)用過(guò)程中，有的減速器出現(xiàn)高速級(jí)錐齒輪打齒、滾動(dòng)軸承損壞及減速箱滲油的問(wèn)題，甚至損壞減速器，造成機(jī)車(chē)無(wú)法正常運(yùn)行。只能用另一輛牽引機(jī)車(chē)將減速器損壞的機(jī)車(chē)低速拉到檢修區(qū)，起車(chē)后將減速器移除運(yùn)回公司進(jìn)行維修，影響用戶的正常施工生產(chǎn)，增加了機(jī)車(chē)售后成本。

　　二、電機(jī)車(chē)減速器問(wèn)題分析

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，拆下減速器高速級(jí)結(jié)構(gòu)的部件進(jìn)行分析研究，電機(jī)車(chē)減速器第一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)在減速器高速級(jí)，牽引電機(jī)通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與法蘭盤(pán)連接，當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第一級(jí)圓錐齒輪的小錐齒輪軸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高速軸”) 高速運(yùn)轉(zhuǎn)，改進(jìn)前的高速級(jí)裝配圖見(jiàn)圖 2。

　　現(xiàn)有高速軸(總長(zhǎng)為 253 mm) 端的單個(gè)螺栓裝配后螺栓頭超出法蘭盤(pán)端面，螺栓由于受到長(zhǎng)期的可變負(fù)荷(振動(dòng)和沖擊) ，或由于其他原因，如上升和下降螺旋副的摩擦因數(shù)變化，不能滿足自鎖條件，導(dǎo)致之間的螺旋副相對(duì)滑動(dòng)，使螺桿旋轉(zhuǎn)，時(shí)間久了致使螺栓松動(dòng)，此部位空間較小，螺栓頭部偶爾與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生干涉，加速螺栓松開(kāi)，使壓蓋、墊圈松動(dòng)，隨之圓螺母、螺釘、法蘭盤(pán)松動(dòng)，使高速軸的裝配尺寸發(fā)生變化，致使高速軸端錐齒輪與大錐齒輪嚙合不充分，受力不均勻，軸承受力也不均勻，導(dǎo)致高速軸或大錐齒輪的錐齒打齒或者軸承被損壞、減速箱滲油，造成軸“燒傷”，“粘齒”等現(xiàn)象。

　　三、改進(jìn)措施

　　通過(guò)以上分析得知，因減速器高速軸的裝配尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)致高速軸錐齒輪、軸承損壞，減速箱滲油等質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生。軸承的損壞大約 40% 都與潤(rùn)滑不良有關(guān); 可見(jiàn)，良好的潤(rùn)滑對(duì)提高滾動(dòng)軸承的疲勞壽命，減小摩擦與磨損，降低軸承表面溫升和消除振動(dòng)等有顯著的效果。為了徹底解決減速器高速軸、滾動(dòng)軸承損壞等問(wèn)題，必須保證高速級(jí)的裝配尺寸不會(huì)發(fā)生變化，采取以下措施:

　　(1) 減速器上箱體外部空間狹小，不僅要保證減速器高速級(jí)法蘭盤(pán)與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)連接方式不變，還要保證高速級(jí)錐齒輪嚙合狀態(tài)良好。高速軸裝配后，為使 2 個(gè) M12 螺栓頭部端部離萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)相對(duì)距離大一些，只能縮短高速軸長(zhǎng)度，對(duì)高速級(jí)裝配進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)推算，將高速軸長(zhǎng)度縮短至 236.5 mm，2 個(gè) M12 螺栓頭部端部離萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)相對(duì)應(yīng)距離增長(zhǎng) 16.5 mm，杜絕了螺栓頭部與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)干涉，保證了高速級(jí)的裝配尺寸不發(fā)生變化。

　　(2) 為了減少維修成本，盡可能使用原來(lái)高速軸裝配部件，通過(guò)對(duì)高速軸、壓蓋、法蘭盤(pán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖 3 ～ 圖 5 所示。把 2 個(gè) M12 頭部帶孔螺栓、2 個(gè)墊圈穿入壓蓋中 2 個(gè) ф13 孔中，擰入高速軸軸端面 2 個(gè)螺紋孔，再將防松鐵絲穿入 2 個(gè) M12 螺栓頭部的孔內(nèi)，2 個(gè) M12 螺栓連接成 8 字防松狀態(tài)，螺紋一直承受額外的壓力和摩擦，當(dāng)工作負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，摩擦力始終存在，可以有效利用鐵絲的拉力使 2 個(gè) M12 螺栓保證一定的拉緊力，不會(huì)產(chǎn)生旋動(dòng)。這種螺栓防松結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直接通過(guò)檢查鐵絲的狀態(tài)來(lái)判斷螺栓是否松動(dòng)，采用防松鐵絲與彈簧墊圈組合的防松方式，以確保螺栓在安裝后長(zhǎng)期運(yùn)行中的可靠性。

　　(3) 在組裝完軸承座、軸承等件后，高速軸與大錐齒輪配合齒面接觸率、錐齒輪的側(cè)隙調(diào)整至最佳狀態(tài)( 錐齒輪側(cè)隙為 0.1 ～ 0.3 mm，錐齒齒面接觸率齒長(zhǎng)、齒高均大于 65% ) 后，現(xiàn)配調(diào)整墊，再組裝各件，現(xiàn)場(chǎng)確定壓蓋(詳見(jiàn)圖 4) a 尺寸再加工，然后組裝壓蓋，2 個(gè)螺栓擰緊后，2 個(gè)螺栓頭部穿鐵絲擰緊，2 個(gè)螺栓連接成 8 字防松狀態(tài); 法蘭盤(pán)端面上開(kāi) 1 個(gè)圓槽，圓槽內(nèi)裝密封圈，解決了減速箱的滲油問(wèn)題。最后在軸承座端面上涂抹密封膠，壓上軸承蓋，6 個(gè)螺栓和墊圈將軸承蓋與上箱體緊固。這樣萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)就不會(huì)與螺栓干涉，再加上 2 個(gè)螺栓頭部穿鐵絲擰緊，可以有效利用鐵絲的拉力使螺栓保證一定的拉緊力，不會(huì)產(chǎn)生旋動(dòng)，更不會(huì)使高速軸裝配尺寸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生變化。改進(jìn)后的高速級(jí)裝配圖如圖 6 所示。

　　四、試驗(yàn)驗(yàn)證

　　對(duì)修復(fù)組裝合格的減速器進(jìn)行空載試驗(yàn)，圖 7 為減速器空載試驗(yàn)裝置。

　　減速器在 490 r/min、764 r/min、1 500 r/min 的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，正反轉(zhuǎn)時(shí)間各 30 min 后，軸承溫升不大于 45 ℃，油池溫升不大于 40 ℃，要求減速器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不得有沖擊、振動(dòng)和異常響聲。連接固定處不得松動(dòng)，各密封處、結(jié)合處不得有滲油現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)測(cè)試減速器空載試驗(yàn)合格。

　　采用上述改進(jìn)及裝配工藝后，對(duì)返回公司的減速器高速軸進(jìn)行維修、空載試驗(yàn)，運(yùn)回鐵礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用一段時(shí)間后，運(yùn)行情況良好。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)減速器高速級(jí)裝配、高速軸、法蘭盤(pán)、壓蓋等改進(jìn)，有效利用鐵絲拉力使螺栓保證一定的拉緊力，不會(huì)產(chǎn)生旋動(dòng)。高速軸裝配工藝改進(jìn)，保證了高速軸的裝配尺寸不會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)推廣運(yùn)用在新能源電池電機(jī)車(chē)上，并進(jìn)行質(zhì)量跟蹤，到目前為止減速器使用性能良好，從根本上解決了減速器高速級(jí)錐齒輪打齒、軸承損壞和減速箱滲油故障的發(fā)生，提高了減速器質(zhì)量，延長(zhǎng)了減速器使用壽命，較好地實(shí)現(xiàn)了微區(qū)域范圍內(nèi)的環(huán)境保護(hù)，同時(shí)減少了減速器成本，提高了工礦電機(jī)車(chē)質(zhì)量，樹(shù)立了機(jī)車(chē)品牌形象。

　　參考文獻(xiàn)略.