TY270型隧道牵引车车轴齿轮箱的设计

曹亚玲

（太原轨道交通装备有限责任公司，山西 太原 030009）

0 引言

太原轨道交通装备有限责任公司在2008年设计、制造了用于隧道施工、维修、保养的隧道牵引机车。该隧道牵引车要求具有较理想的牵引性能（最大牵引力为50kN，5／1 000 坡道牵引90t的运行速度达40 km／h以上）、起步平稳、加速快、换档冲击小、制动性能好，同时需满足最小曲线通过半径30 m、轨距900 mm、轴距2 600mm 的要求，另外，还需在隧道内有积水达400mm 的情况下正常工作。

隧道牵引车的动力系统是由发动机和变速箱带动传动轴，通过车轴齿轮箱将动力传递到轮对，从而实现整车的运行，其中发动机、变速箱采用的都是国外原装进口的产品，而车轴齿轮箱是由太原轨道公司自主开发研制的，本文重点介绍其研发过程。

1 隧道牵引车车轴齿轮箱的总体结构及主要技术参数

1.1 车轴齿轮箱总体结构

车轴齿轮箱主要由上箱体、下箱体、输入轴、中间轴、输出轴、润滑系统、拉杆装配等部分组成，如图1所示。

1.2 车轴齿轮箱主要技术参数

车轴齿轮箱主要技术参数如下：

轴重Pμ（t）： 13；

轮径Dk（mm）： 760；

输入功率P（kW）： 47；

输入最高转速n（r·min－1）： 1 365；

圆柱齿轮减速比： 43／21＝2.048；

弧齿锥齿轮减速比： 44／21＝2.095；

总减速比： 4.29。

2 车轴齿轮箱的设计及主要部件的结构特点

隧道牵引车为两轴车，每个车轴上都悬挂有一个齿轮箱，由于车轴齿轮箱直接承受着轨道对轮对的冲击，工作条件恶劣，因此箱体的材质必须强度高、韧性好，选用ZG230－450能很好地满足需求。车轴齿轮箱为二级立式齿轮箱：一级为法兰输入端、一对圆柱齿轮传动；二级为一对格利森弧齿锥齿轮传动，输出扭矩到车轴上。圆柱齿轮、格利森弧齿锥齿轮的材料采用20CrMnMoA 或17CrNiMo6。车轴齿轮箱内单独安装有双向齿轮泵，通过循环润滑系统来强迫润滑各轴承室内的轴承，而齿轮间的润滑则采用飞溅润滑的方式。

图1 双级车轴齿轮箱总图

2.1 输入轴的结构特点

输入轴装配结构如图2所示，它主要由输入法兰、轴承盖、密封圈、输入轴、圆柱齿轮、调心滚子轴承等组成。输入法兰和圆柱齿轮通过不同规格的矩形花键安装在输入轴上，这种联接方式不仅结构可靠、拆装方便，而且加工精度比圆锥面过盈联接更可靠。输入轴整体调质处理，硬度为HB230～HB270，压装调心滚子轴承的轴径部位淬火处理，硬度为HRC45～HRC50，深度为1mm～2mm。因隧道牵引车走行部空间有限，与之配套的车轴齿轮箱在满足功能要求的前提下，结构必须尽可能紧凑，故此输入轴整体长度偏短，装配完成后，输入法兰正好巧妙地位于上箱体外凹入的部分，而没有象常规的那样突出箱体外很长距离，从而节约了空间。输入轴选用调心滚子轴承，这种轴承除了有很高的径向负荷承载能力之外，还可以承受作用在两个方向的轴向负荷。输入轴轴端采用了有副唇的、内包骨架的密封圈。输入法兰与变速箱的输出法兰之间通过万向轴相连接。

图2 输入轴装配结构

2.2 中间轴的结构特点

中间轴装配结构如图3所示，它主要由端盖、轴承套、圆锥和圆柱滚子轴承、圆柱齿轮、弧齿锥齿轮轴等组成。圆柱齿轮通过过盈配合压装在弧齿锥齿轮轴上，压装时应先用感应加热器将圆柱齿轮内孔加热之后再安装，加热温度不应超过200 ℃。为了修理时拆卸方便，圆柱齿轮上还设计有45°注油孔及内环槽。中间轴选用了圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承选用的是内圈无挡边、内外圈可分离结构，中间轴的受热伸长可通过内外圈的错位来补偿。

图3 中间轴装配结构

2.3 输出轴的结构特点

输出轴装配结构如图4所示，它主要由调整螺栓、压盖、密封填料（盘根）、圆锥滚子轴承、弧齿锥齿轮、油泵齿轮、油封等组成。

输出轴实际指的是隧道牵引车轮对组成中的车轴，弧齿锥齿轮采用加热方式套装在车轴上，通过0.207mm～0.256 mm 的过盈配合将发动机、变速箱、传动轴传递到齿轮箱的动力输出到车轴、车轮上，使轮对转动前行。油泵齿轮也采用加热方式套装在车轴上，只是因为传递功率很小，过盈量只有0.068mm～0.133mm。两齿轮采用热安装方式，可使车轴轴身上没有联接键槽，能够有效地防止断轴等重大行车事故的发生。输出轴选用了两组单列圆锥滚子轴承来承受两个方向的联合负荷，轴承轴向间隙的调整也很简捷。

由于隧道牵引车的工作环境通常比较恶劣，有时甚至在深达400mm 的积水中工作，其车轴齿轮箱的外部经常会部分浸泡在水中作业，因而传统的迷宫密封已不能阻止环境中的气、水、粉尘等从齿轮箱位置较低的输出轴侵入到齿轮箱箱体内。为解决这一问题，在此车轴齿轮箱轴端采用了非接触型动密封之迷宫密封和接触型动密封之盘根密封相结合的组合密封结构，这样，即使隧道牵引车是在比较恶劣的环境中工作，其车轴齿轮箱的运行状态依然保持良好。

图4 输出轴装配结构

2.4 润滑系统

润滑系统结构如图5 所示，它主要由油泵、分油器、液压胶管、各种管接头、管卡等组成。车轴齿轮箱的润滑非常重要，它直接关系到整个齿轮箱运行的安全性、可靠性及箱体内各轴承、齿轮的使用寿命。TY270型隧道牵引车车轴齿轮箱采用的是双向齿轮泵强迫润滑和飞溅润滑相结合的方式。一方面，由双向齿轮泵将润滑油通过主管路输送到分油器，分油器再将润滑油一分为五，分送到输入轴的两个轴承室、中间轴的一个轴承室、输出轴的两个轴承室；另一方面，中间轴安装圆柱滚子轴承的轴承室、油泵齿轮、各圆柱齿轮、各弧齿锥齿轮等，则采用了飞溅润滑的方式。

2.5 拉杆装配

拉杆装配结构如图6所示，它主要由拉杆、橡胶缓冲垫、压盖、调整螺母、销轴、关节轴承等组成，它的一端通过橡胶缓冲垫等与转向架构架相连接，另一端则通过销轴、关节轴承等与车轴齿轮箱的拉杆座相连接。拉杆装配的主要作用是吸收减缓隧道牵引车因为在运行过程中受到来自轨道的振动冲击而产生的轮对与转向架构架之间的横向及垂向位移，并承受车轴齿轮箱产生的反作用力矩。

图5 润滑系统结构

3 结束语

2008年底，太原轨道交通装备公司生产的TY270型隧道牵引车顺利交付用户使用，车轴齿轮箱作为该车传动系统的关键部件，至今工作状况良好，完全满足隧道牵引车的使用要求。TY270 型隧道牵引车车轴齿轮箱的成功研制，不仅提高了公司隧道牵引车系列产品的市场竞争力，同时也为公司进一步设计开发城市地铁作业车、冶金矿山牵引车等积累了宝贵的经验。

图6 拉杆装配结构

［1］ 机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.第3版.北京：机械工业出版社，2004.

［2］ 成大先.机械设计手册［M］.第5版.北京：化学工业出版社，2008.