青岛地铁3号线车辆齿轮箱结构特点及日常维护保养

陈萍+罗情平

摘 要：车辆转向架是支撑车体的重要设备，而齿轮箱又是车辆转向架上的关键部件之一。合理设计的齿轮箱结构对转向架性能具有极其重要的影响。文章从青岛3号线车辆运营参数出发，详细介绍了齿轮箱结构特点及日常维护保养方法。

关键词：齿轮箱；润滑；密封；维护

中图分类号：U231+.94 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0073-03

青岛地铁3号线作为青岛市首条地铁路线，也是山东省境内建成的第一条地下铁路。伴随着青岛3号线地铁的顺利开通试运营，车辆的运行安全变成了运营的重要工作，而齿轮箱的有效运转关系到车辆能否有效运营。熟悉了解齿轮箱内部结构，有助于开展日常维护保养工作。本文详细介绍了齿轮箱各零部件结构特点、日常维护方法及常见故障模式。

1 车辆运营参数

青岛地铁3号线车辆采用国家标准B型车设计，最高运行速度80km/h，最高设计速度90km/h，满足100km/h列车回送运行速度要求。工作环境温度：-25℃～+45℃。线路最大坡度4%，最大超高120mm。车辆车体采用铝合金设计，具有结构刚度好、承载能力强、质量轻等特点。车辆主要设备使用寿命满足30年设计要求，橡胶材质部件满足6年免维护寿命要求。

通过以上参数可知，齿轮箱需满足高转速、长寿命及高可靠度等要求。

2 齿轮箱结构特点

齿轮箱为单级圆柱斜齿轮传动，主要由齿轮、箱体、轴承、润滑系统、密封系统及附件等组成，各零部件和功能系统之间相辅相成，互相配合，形成了整个齿轮箱系统。

图1是齿轮箱外形图，表1是齿轮箱牵引技术参数。

1.构架；2.安全鼻；3吊杆；4.输入齿轮轴；5.车轴；6.上箱体；7.下箱体；8.注油塞；9.油位计；10.放油塞；11.视孔窗

图1 齿轮箱外形图

2.1 箱体

齿轮箱箱体除了承受输出扭矩的反作用力，保证齿轮具有良好的啮合精度以外，还作为一个密闭空间，为齿轮、轴承提供充分的润滑渠道。齿轮箱箱体采用卧式剖分结构，中分面采用4个M20内六角螺钉将上下箱体紧密结合。输入轴线与输出轴线采用横向平行布置形式。

车辆运行时，齿轮箱除了要承受来自车轮与轨道摩擦传递而来的振动冲击，还要为齿轮和轴承运转提供良好的刚性支撑。而球墨铸铁EN-GJS-400-18-LT（符合EN1563标准）材料完全满足此类箱体需求。表2是EN-GJS-400-18-LT材料机械性能。

2.2 齿轮

齿轮传动的好坏直接影响着齿轮箱传动效率、传动精度，是车辆正常驱动的关键因素。本项目采用渐开线圆柱斜齿轮传动，表3是传动齿轮基本参数表。

青岛地铁3号线作为青岛市首条地铁路线，也是山东省境内建成的第一条地下铁路。伴随着青岛3号线地铁的顺利开通试运营，车辆的运行安全变成了运营的重要工作，而齿轮箱的有效运转关系到车辆能否有效运营。熟悉了解齿轮箱内部结构，有助于开展日常维护保养工作。本文详细介绍了齿轮箱各零部件结构特点、日常维护方法及常见故障模式。

1 车辆运营参数

青岛地铁3号线车辆采用国家标准B型车设计，最高运行速度80km/h，最高设计速度90km/h，满足100km/h列车回送运行速度要求。工作环境温度：-25℃～+45℃。线路最大坡度4%，最大超高120mm。车辆车体采用铝合金设计，具有结构刚度好、承载能力强、质量轻等特点。车辆主要设备使用寿命满足30年设计要求，橡胶材质部件满足6年免维护寿命要求。

通过以上参数可知，齿轮箱需满足高转速、长寿命及高可靠度等要求。

2 齿轮箱结构特点

齿轮箱为单级圆柱斜齿轮传动，主要由齿轮、箱体、轴承、润滑系统、密封系统及附件等组成，各零部件和功能系统之间相辅相成，互相配合，形成了整个齿轮箱系统。

图1是齿轮箱外形图，表1是齿轮箱牵引技术参数。

1.构架；2.安全鼻；3吊杆；4.输入齿轮轴；5.车轴；6.上箱体；7.下箱体；8.注油塞；9.油位计；10.放油塞；11.视孔窗

2.1 箱体

齿轮箱箱体除了承受输出扭矩的反作用力，保证齿轮具有良好的啮合精度以外，还作为一个密闭空间，为齿轮、轴承提供充分的润滑渠道。齿轮箱箱体采用卧式剖分结构，中分面采用4个M20内六角螺钉将上下箱体紧密结合。输入轴线与输出轴线采用横向平行布置形式。

车辆运行时，齿轮箱除了要承受来自车轮与轨道摩擦传递而来的振动冲击，还要为齿轮和轴承运转提供良好的刚性支撑。而球墨铸铁EN-GJS-400-18-LT（符合EN1563标准）材料完全满足此类箱体需求。表2是EN-GJS-400-18-LT材料机械性能。

2.2 齿轮

齿轮传动的好坏直接影响着齿轮箱传动效率、传动精度，是车辆正常驱动的关键因素。本项目采用渐开线圆柱斜齿轮传动，表3是传动齿轮基本参数表。

齿轮材料根据强度计算结果和工艺实际情况，采用18CrNiMo7-6材质（符合EN10084标准）。齿廓表面經过渗碳淬火热处理工艺，齿面硬度达58～64HRC。为了提高齿轮啮合精度，降低噪声，齿轮经过MASTA软件模拟计算修形量，经磨削修形，齿轮精度达到ISO1328标准的6级精度要求。疲劳强度计算符合ISO6336标准要求。

2.3 轴承

输入齿轮轴由两个圆柱滚子轴承（NU217）和一个四点球轴承（QJ217）作支撑，此轴承配置结构便于安装和调试。车轴采用简支梁式支撑，两个圆锥滚子轴承（LM241147）面对面装配的方式，分别布置在两端。轴承的轴向游隙通过调整垫进行调整。选用的是进口轴承，轴承寿命计算符合ISO281标准要求，设计寿命达200万公里，轴承检查周期满足大于80万公里。

2.4 润滑及密封

齿轮箱中的齿轮和轴承均采用润滑油的飞溅润滑。

齿轮箱箱体底部设有油池存储润滑油。箱体内部设有集油槽和油沟，轴承座上设有进油孔，进油孔通入轴承。齿轮飞溅的润滑油通过箱体上集油槽、油沟和轴承座上进油孔，流入轴承内部润滑轴承。并通过两道回油孔将油回到箱体底部。 润滑油：车辆用润滑油 美孚Mobil Synthetic Gear Oil 75W-90或 壳牌Shell Spirax S6 AXME 75W-90。

齿轮箱密封系统分为：接触式静密封和非接触式动密封。

（1）接触式静密封

整个传动齿轮箱内，在密封端盖-轴承座和轴承座-箱体之间的接触式静密封均采用O形橡胶密封圈和端面厌氧型密封胶联合密封；上下箱体分箱面处以及其他各处的接触密封均采用端面厌氧型密封胶的密封。该密封方式结构简单，性能可靠。

（2）非接触式动密封

对于齿轮箱小齿轮轴和车轴等贯通部位的密封，采用非接触式机械密封，即采用间隙式机械迷宫密封的双层密封方式。减小内部油汽压力和流动性，保证齿轮箱内部油汽不渗漏；同时保证外部灰尘杂质及水不能进入齿轮箱。

3 维护保养

根据齿轮箱的生命周期管理，齿轮箱在正式交付后需经过首次使用、试运营跑合、月检、年检及大修等阶段。表4列举了各个阶段的维护保养方法。

4 故障处理

齿轮箱在运营过程中，通常会遇到多种故障，表5列举了几种常见故障模式。通过了解这些故障模式，分析存在的原因，有助于寻找合适的解决方法。

5 结束语

本文详细介绍了青岛地铁3号线齿轮箱内部结构特点，并针对齿轮箱在不同运营阶段提出相应的维护保养方法，以及列举了多项常见故障模式和解决措施。熟悉了解以上信息，对齿轮箱的使用维护保养具有指导性意义。

参考文献：

[1]张晶.地铁齿轮箱结构改进研究[D].上海交通大学，2015.

[2]申长宏.机车齿轮箱箱体结构的优化设计[J].电力机车与城轨车辆，2007（3）.

[3]吴锟.城市轨道交通车辆转向架综述[J].铁道机车车辆工人，2010（6）：3.

齿轮材料根据强度计算结果和工艺实际情况，采用18CrNiMo7-6材质（符合EN10084标准）。齿廓表面经过渗碳淬火热处理工艺，齿面硬度达58～64HRC。为了提高齿轮啮合精度，降低噪声，齿轮经过MASTA软件模拟计算修形量，经磨削修形，齿轮精度达到ISO1328标准的6级精度要求。疲劳强度计算符合ISO6336标准要求。

2.3 轴承

输入齿轮轴由两个圆柱滚子轴承（NU217）和一个四点球轴承（QJ217）作支撑，此轴承配置结构便于安装和调试。车轴采用简支梁式支撑，两个圆锥滚子轴承（LM241147）面对面装配的方式，分别布置在两端。轴承的轴向游隙通过调整垫进行调整。选用的是进口轴承，轴承寿命计算符合ISO281标准要求，设计寿命达200万公里，轴承检查周期满足大于80万公里。

2.4 润滑及密封

齿轮箱中的齿轮和轴承均采用润滑油的飞溅润滑。

齿轮箱箱体底部设有油池存储润滑油。箱体内部设有集油槽和油沟，轴承座上设有进油孔，进油孔通入轴承。齿轮飞溅的润滑油通过箱体上集油槽、油沟和轴承座上进油孔，流入轴承内部润滑轴承。并通过两道回油孔将油回到箱体底部。 润滑油：车辆用润滑油 美孚Mobil Synthetic Gear Oil 75W-90或 壳牌Shell Spirax S6 AXME 75W-90。

齿轮箱密封系统分为：接触式静密封和非接触式动密封。

（1）接触式静密封

整个传动齿轮箱内，在密封端盖-轴承座和轴承座-箱体之间的接触式静密封均采用O形橡胶密封圈和端面厌氧型密封胶联合密封；上下箱体分箱面处以及其他各处的接触密封均采用端面厌氧型密封胶的密封。该密封方式结构简单，性能可靠。

（2）非接触式动密封

对于齿轮箱小齿轮轴和车轴等贯通部位的密封，采用非接触式机械密封，即采用间隙式机械迷宫密封的双层密封方式。减小内部油汽压力和流动性，保证齿轮箱内部油汽不渗漏；同时保证外部灰尘杂质及水不能进入齿轮箱。

3 维护保养

根据齿轮箱的生命周期管理，齿轮箱在正式交付后需经过首次使用、试运营跑合、月检、年检及大修等阶段。表4列举了各个阶段的维护保养方法。

4 故障处理

齿轮箱在运营过程中，通常会遇到多种故障，表5列举了几种常见故障模式。通过了解这些故障模式，分析存在的原因，有助于寻找合適的解决方法。

5 结束语

本文详细介绍了青岛地铁3号线齿轮箱内部结构特点，并针对齿轮箱在不同运营阶段提出相应的维护保养方法，以及列举了多项常见故障模式和解决措施。熟悉了解以上信息，对齿轮箱的使用维护保养具有指导性意义。

参考文献：

[1]张晶.地铁齿轮箱结构改进研究[D].上海交通大学，2015.

[2]申长宏.机车齿轮箱箱体结构的优化设计[J].电力机车与城轨车辆，2007（3）.

[3]吴锟.城市轨道交通车辆转向架综述[J].铁道机车车辆工人，2010（6）：3.