cd08-1850型道岔機(jī)械作業(yè)走行車軸齒輪箱的研制

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸快速發(fā)展和重新部門的發(fā)展，大型道路維護(hù)機(jī)械已成為鐵路加快戰(zhàn)略中不可或缺的技術(shù)設(shè)備。引進(jìn)技術(shù)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(jī)型,其作業(yè)效率高、施工質(zhì)量好。但因?yàn)樵摍C(jī)許多重要零部件依賴進(jìn)口,影響了整機(jī)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(zhì)量要求較高,進(jìn)口價(jià)格昂貴。為了提高整機(jī)性價(jià)比,降低成本,進(jìn)行道岔搗固車作業(yè)走行車軸齒輪箱的國(guó)產(chǎn)化研制是非常必要的。1主要技術(shù)特點(diǎn)和參數(shù)1.1作業(yè)走行車軸齒輪箱+液壓馬達(dá)CD08-475型道岔搗固車為步進(jìn)式搗固作業(yè),其作業(yè)走行為液壓傳動(dòng),以滿足作業(yè)過程中的頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)或換向要求。它由兩臺(tái)低速大扭矩液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)前轉(zhuǎn)向架的車軸齒輪箱和后轉(zhuǎn)向架的作業(yè)走行車軸齒輪箱,以實(shí)現(xiàn)作業(yè)走行。CD08-475型道岔搗固車后轉(zhuǎn)向架見圖1。作業(yè)走行車軸齒輪箱與液壓馬達(dá)連接在一起,通過箱體內(nèi)主、從動(dòng)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(zhuǎn)向架構(gòu)架上。1.2動(dòng)輪對(duì)等組成作業(yè)走行車軸齒輪箱采用一級(jí)直齒輪減速傳動(dòng)方式。由輸入軸、撥叉、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、驅(qū)動(dòng)輪對(duì)等組成,其結(jié)構(gòu)見圖2。從動(dòng)齒輪安裝在驅(qū)動(dòng)輪對(duì)的車軸上;主動(dòng)齒輪通過內(nèi)花鍵裝在與液壓馬達(dá)聯(lián)接的輸入花鍵軸上。箱體外氣缸動(dòng)作時(shí),通過聯(lián)接撥叉,推動(dòng)主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合或分離,以實(shí)現(xiàn)道岔搗固車的作業(yè)走行或高速走行。箱體內(nèi)的齒輪和軸承均為油池潤(rùn)滑。1.3工作速度、nm傳動(dòng)比4.227;主動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)。2運(yùn)營(yíng)車輛的齒輪箱設(shè)計(jì)2.1齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算1齒輪齒輪材料走行齒輪不僅要轉(zhuǎn)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(dòng)、制動(dòng)的工況,齒輪所受的沖擊更大,因此齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力均較大。給合我公司多年生產(chǎn)養(yǎng)路機(jī)械走行齒輪的經(jīng)驗(yàn),主、從動(dòng)齒輪均設(shè)計(jì)為硬齒面直齒輪。從動(dòng)齒輪采用較高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼40CrMo,齒面氮化處理;主動(dòng)齒輪采用強(qiáng)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(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求,齒輪基本參數(shù)設(shè)計(jì)見表1所示。3齒面接觸、輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法按照國(guó)標(biāo)GB/T3480—1997《漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法》進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度、輪齒彎曲強(qiáng)度的兩種校核計(jì)算,由計(jì)算結(jié)果可知,均滿足設(shè)計(jì)要求。2.2主框架的設(shè)計(jì)1上、下車式結(jié)構(gòu)為了便于安裝和檢修,箱體設(shè)計(jì)為剖分式結(jié)構(gòu),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(xué)成分見表2,機(jī)械性能見表3。2.3蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性輪對(duì)是最重要的部件之一,它直接關(guān)系到道岔搗固車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性以及抗蛇行運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。引進(jìn)技術(shù)的作業(yè)走行車軸齒輪箱輪對(duì)以及整車輪對(duì)與國(guó)內(nèi)差異很大,配套困難?；诖嗽?與中國(guó)南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所聯(lián)合研制適宜于道岔搗固車裝機(jī)使用符合UIC標(biāo)準(zhǔn)的整車輪對(duì)。1r7國(guó)產(chǎn)車輪鋼和uc212-3車輪的幅板設(shè)計(jì)為呈雙“S”形幅板,材質(zhì)為符合國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC812-3的R7國(guó)產(chǎn)車輪鋼。為減小高速運(yùn)行時(shí)的輪軌動(dòng)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(guó)產(chǎn)車輪。2車軸力學(xué)性能車軸采用引進(jìn)技術(shù)的車軸樣式,材質(zhì)為經(jīng)二次正火加一次回火熱處理的50鋼車軸,熱處理后的力學(xué)性能和晶粒度達(dá)到TB/T2945—1999技術(shù)條件要求。其軸頸直徑為?150mm,軸頸中心距為2000mm,車軸全長(zhǎng)2180mm。作業(yè)箱輪對(duì)車軸軸身,設(shè)一個(gè)齒輪及軸承座,按車軸尺寸及斷面計(jì)算,結(jié)果表明能滿足強(qiáng)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(guān)鍵是齒輪(尤其是帶矩形內(nèi)花鍵的主動(dòng)齒輪)、箱體和從動(dòng)齒輪的組裝。3.1主動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)主動(dòng)齒輪作為齒輪箱的主要零件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)齒輪為帶矩形內(nèi)花鍵的外齒輪,其在齒輪箱內(nèi),依靠花鍵聯(lián)接起離合器作用。在氣缸動(dòng)作時(shí),通過連接桿推拉嵌在10+0.10槽內(nèi)的撥叉,帶動(dòng)其移動(dòng)。為確保該件在輸入軸上滑動(dòng)自如,同時(shí)要耐沖擊,耐磨,內(nèi)花鍵齒設(shè)計(jì)為經(jīng)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(duì)內(nèi)花鍵變形的影響是主動(dòng)齒輪制作的關(guān)鍵。1切齒后熱處理,加熱退火①熱處理技術(shù)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(yù)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(guān)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(jí)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(qiáng)度。綜合考慮諸多因素,選用800℃的溫度淬火是適宜的。經(jīng)該熱處理工藝處理的主動(dòng)齒輪,經(jīng)檢測(cè)符合TB/T2254—91《機(jī)車牽引用滲碳淬硬齒輪金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》要求,檢測(cè)結(jié)果見表4。2小熱處理變形量的確定由試驗(yàn)得知,淬火后花鍵小徑收縮,導(dǎo)致了鍵槽寬縮小,嚴(yán)重時(shí)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(shè)計(jì)一芯軸,其外圓尺寸比齒輪內(nèi)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(jiǎn)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(shè)計(jì)尺寸公差范圍內(nèi)。為進(jìn)一步確保鍵槽孔的形位公差和鍵槽側(cè)面的表面粗糙度,而后再經(jīng)一把花鍵推擠刀對(duì)花鍵孔進(jìn)行整形加工,以滿足設(shè)計(jì)及使用要求。3.2制作風(fēng)格1同上、下設(shè)備澆鑄為確保鑄件的鑄造質(zhì)量,增設(shè)了拉伸試樣同上、下箱體同爐澆鑄,同爐熱處理。在試樣經(jīng)車削、磨削后的拉伸試驗(yàn)和金相組織分析合格后,方進(jìn)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(yùn)行過程中,箱體內(nèi)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(jīng)三坐標(biāo)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。3.3垂直豎裝工藝從動(dòng)齒輪在車軸上的軸向定位是整個(gè)齒輪箱組裝的關(guān)鍵。根據(jù)車軸與從動(dòng)齒輪組裝要求,采用車軸與從動(dòng)齒輪加熱后垂直豎裝工藝。該工藝實(shí)施的重點(diǎn)為從動(dòng)齒輪組裝臺(tái)位形位公差的要求和從動(dòng)齒輪的最佳油浴加熱溫度。因此,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的工位器具和合理的組裝工藝流程來保證車軸與從動(dòng)齒輪順利組裝和從動(dòng)齒輪端面軸向跳動(dòng)量符合工藝要求。4擬搗固車實(shí)際運(yùn)行中的工況臺(tái)架試驗(yàn)是作業(yè)走行車軸齒輪箱組裝完成后,檢測(cè)其研制結(jié)果和組裝質(zhì)量的一道關(guān)鍵工序。在試驗(yàn)臺(tái)上,對(duì)于輪對(duì)的定位、齒輪箱的懸掛盡量摸擬搗固車實(shí)際運(yùn)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(yàn)要求,進(jìn)行高、低速正、反轉(zhuǎn)臺(tái)架試驗(yàn)。要求試驗(yàn)期間,運(yùn)轉(zhuǎn)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(jié)合面處均不得