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1、AC01/02 型电动列车齿轮箱修理替代争论主要争论单位：上海轨道交通维护保障中心南车戚墅堰机车车辆工艺争论全部限公司主要争论人员：浦汉亮、沈豪、王建兵、黄智勇、吴 刚、张晨、郭慧明一、争论背景一工程背景上海地铁 AC01/02 型列车于 1998 年从德国引进，其传动装臵承受德国 VOITH 公司供给的 SE16-1SE355型齿轮箱。齿轮箱箱体及箱盖承受球墨铸铁制成，承受垂直分箱形式。小齿轮轴承受铬镍合金钢制成，大小齿轮都承受螺旋齿形，由铬镍合金钢制成，齿面淬火。大小齿轮两侧都承受圆锥滚子轴承。齿轮箱内的齿轮承受油浴润滑，飞溅起来的润滑油通过集油槽流入轴承，对轴承进展润滑，最终再流回齿轮箱
2、。由于该齿轮箱承受垂直分箱形式，给齿轮箱开箱检查及修理带来诸多不便，必需进展退轮，工作量大大增加，也带来了由于需要修理齿轮箱而退轮的车轴拉伤甚至报废的风险机率，同时由于退轮缘由而增加了原来不需更换的零部件，整个修理本钱提高。二立项依据及必要性AC01/02 型列车承受全进口的齿轮箱，现今选购本钱为近 35 万/套，备件选购周期长达 68 个月，给日益增长的修理工作带来了较严峻的瓶颈。由于目前正预备开头对 AC01/02 型列车实施首轮大修工作，故结合该型列车大修作业的同时，借此时机对该类型齿轮箱进展开发研制，期望通过 AC01/02 型列车齿轮箱的国产化， 对将来该车型齿轮箱的备件选购查找另一
3、条出路，。为此开展本课题争论很有必要， 对今后车辆修理中有效降低选购本钱，缩短选购周期具有重要意义。1二、主要争论内容一工程目标通过 AC01/02 型列车齿轮箱的开发研制，形成能替代进口件的样机，并通过运行试验，推动国产齿轮箱的的自主制造力量，加速国产化速度。二争论内容本工程通过对国内外各类轨道交通齿轮构造与形式的调研，结合上海地铁AC01/02 型列车齿轮箱的现状，对其构造进展优化设计，通过有限元强度计算及计算机关心设计，对齿轮箱箱体、齿轮、轴承选用、密封、吊挂装臵进展设计，并对样机进展研制，后对其进展型式试验与装车试验，以验证其是否满足上海地铁AC01/02 型列车的使用。1、国内外现状
4、调研国外地铁车辆传动齿轮箱箱体材料有承受铝合金、铸钢和球墨铸铁。而随着球墨铸铁铸造技术和工艺的成熟，球墨铸铁材料在欧洲开发的地铁齿轮箱上得到了广泛的应用；在齿轮方面，国外通过先进的设计思想和加工技术及热处理技术开发出了低噪音、长寿命、高牢靠性的齿轮副；在密封方面，承受优化设计和先进的加工技术，不断改进齿轮箱的密封构造，开发出了牢靠的齿轮箱的密封系统。此工程的合作方南车戚墅堰机车车辆工艺争论全部限公司先后成功开发了昆 明动车、上海地铁1 号线、广州地铁1 号线、北京地铁、伊朗德黑兰地铁、上海轨发A 型地铁等城轨车辆齿轮箱和联轴节，完全具备了高强度铝合金齿轮箱、球墨铸铁齿轮箱和铸钢齿轮箱开发和批量
5、化生产力量；齿轮箱的密封系统已经形成了两项专利技术制造专利号：03131680.8,有用型专利号：03222455.9，并在我所开发的齿轮传动系统中得到广泛应用。2、技术参数1车辆根本参数车辆最高运行速度：80km/h车轮直径/全磨耗：840/770mm车辆限界齿轮箱下部距轨面的允许最小尺寸全磨耗轮：60mm 2牵引电机根本参数电机额定转速：1800rpm 电机额定扭矩：1008Nm电机额定功率：190kw 电机最高转速：3641rpm 3齿轮传动装臵根本参数型式：鼓型齿联轴节单级圆柱齿轮传动中心距：355mm传动比：108/176.35传动装臵重量每套：340kg 3、齿轮箱的设计1） 箱体
6、设计箱体型式承受剖分式，上下箱体均承受仿圆形设计，既可削减箱体体积，又减小了箱体噪声的辐射面积，降低了噪声，同时也减轻了箱体的重量，提高了泵油效果，有利于润滑。依据国内外齿轮箱箱体材料应用状况来看，球墨铸铁箱体完全能够满足地铁车辆的使用要求，进口齿轮箱一般承受GGG-40材料，对应我国标准为QT400 材料，故国产齿轮箱也承受一样材料。按三种工况额定，启动，短路分别对箱体进展有限元分析后得出结论：三种工况下箱体的最大应力都小于QT400材料屈服强度250MPa。箱体构造强度满足安全运用要求，且箱体变形很小，不会对轴承使用寿命造成影响。2） 齿轮设计齿轮选用20CrMnMo作为齿轮的材料，轮齿局
7、部承受渗碳淬火工艺，齿形参数与原齿轮一样。按起动、额定、高速三种工况进展强度验算。分别计算齿轮在承受启动扭矩、常规运行工况和承受冲击载荷时的疲乏强度,依据计算可知齿轮的接触强度与弯曲强度是足够的。3） 轴承选用本齿轮箱选用国外进口的圆锥滚子轴承，主动齿轮两端的小轴承承受2号线原齿轮箱一样型号与品牌：TIMKEN663/653，安装尺寸为82.55146.0541.275。由于设计齿轮箱所安装的车轴尺寸增大，故从动齿轮两端的选用的大轴承型号不同于2号线原齿轮箱，为FAG573160,安装尺寸为：21028541。齿轮箱上的圆锥滚子轴承承受面对面的安装方式，从而使得拆卸轴承和调整轴向游隙较为便利。
8、选用的大小轴承的计算寿命均超过了120 万公里，满足设计要求。4） 润滑和密封系统考虑到上海地铁2 号线齿轮箱的使用及维护要求，齿轮箱润滑油承受与原齿轮箱一样,牌号为SHELL Spirax A90。齿轮箱密封系统承受接触式密封和非接触式密封。在轴承座箱体之间的密封均承受O形圈与乐泰587密封胶联合密封。磁性油堵和注油螺塞处则承受组合密封垫圈密封。对于齿轮箱中贯穿部位的密封，均承受非接触式密封，即贯穿部位的密封为间隙密封和带有甩油环的机械式迷宫密封的联合密封方式。5） 齿轮箱吊挂和安全托设计齿轮箱吊挂构造依据供给的接口和测绘数据进展设计，构造与原箱体一样。吊挂的相对转向架中心的位臵和接口图的尺
9、寸全都，通过测绘和接口图，在箱体上凹进去一个圆弧让开吊挂体的外圆。吊挂在满足强度的前提下，减小了吊挂座的外形尺寸，削减了箱体的重量。原齿轮箱的安全托从箱体上垂直伸出，国产化齿轮箱安全托与箱体连接处偏向电机侧，一是为了紧靠箱体，增加强度；二是吊挂座尺寸减小，假设安全托还是和原构造一样，会消灭安全托与吊挂座之间存在小缝隙，铸造工艺困难；三是削减箱体重量。4、齿轮箱的试制1） 箱体的试制箱体铸造承受多道内浇口分散进铁，防止箱体反面型砂局部过热，保证进铁的箱体反面不会形成外表缩凹缺陷。铸件厚壁部位，使用了发热冒口和冷铁并用的方式,在合箱面上贴冷铁，最大限度利用发热冒口的补缩铁液，防止合箱面缩松缺陷。由
10、于箱体构造简单，在模具设计时，增加了砂芯的数量，以保证铸件尺寸、外观合格。箱体铸造后进展抛丸、打磨，磁粉探伤，射线探伤，并取样进展各项理化性能分析，均符合技术要求。对箱体铸件进展合箱面及相关部位按图纸要求进展机加工。2） 齿轮的试制对主动齿轮按如下工艺进展加工：备料锻造正火粗车超声波探伤半精车滚齿齿廓倒角渗碳、淬火喷丸车端面、打中心孔打钢印精车 划线钻孔粗磨磨齿磁探精磨检查验收清洗包装对从动齿轮按如下工艺进展加工：备料锻造正火半精车超声波探伤 滚齿倒角、打钢印渗碳划线钻孔剥碳淬火喷丸精车划线二钻油孔精车槽磨内孔及平面磨齿磁粉探伤检查验收清洗包装 3齿轮箱称重检查对组装后齿轮箱进展了称重，齿轮箱
11、重量包括从动齿轮，不含联轴节、吊杆及车轴重量约306kg。5、国产齿轮箱的试验国产齿轮箱样品研制后，为验证其性能确实满足地铁列车使用的要求，进展了空载跑合试验，型式试验及装车考核试验。1） 空载跑合试验齿轮箱的空载跑合试验依据跑合试验曲线要求的转速准时间进展。齿轮箱在跑合过程中，各密封处未消灭润滑油泄露，齿轮箱运转声音正常。齿轮箱的跑合试验时间为1小时，期间齿轮箱各处温升正常，并未超过试验大纲要求的最高温度90。旋开磁性油堵，觉察油堵上吸附有泥状铁屑，没有消灭大块颗粒铁屑，说明齿轮箱各零部件处于正常的磨合期。2） 型式试验在型式试验中，试验齿轮箱在整个试验过程中运行平稳，无特别噪声及振动； 齿
12、轮箱温升正常，各处最高温升未超过60；最高温度不超过110，齿轮箱密封性能良好，在运行过程中，各密封处未消灭泄漏状况，能够满足地铁车辆的使用要求。3） 装车考核试验齿轮箱经过型式试验后，即开头装车试运行。装车考核期间，在上海地铁2 号线列车上、安装了 2 台国产齿轮箱。装车试运行期为 30000km。在装车试运期内在大小齿轮轴承处的箱体上贴上温度试纸，每天检查温度试纸上的温度，及齿轮箱是否有渗油现象。同时，将国产齿轮箱与进口齿轮箱的温度进展比照。经过 30000km 运行考核后，2 台国产齿轮箱均未发生渗油，大小齿轮轴承处的温度为超过 70，与进口齿轮箱温度比照均在 5之内。三关键技术、难点及
13、创点本工程的关键技术及难点主要包括：1齿轮箱总体构造的布局设计的优化为满足现有转向架安装接口尺寸的要求，在车轴轮座及齿轮座扩大的前提下， 本工程中必需对齿轮箱总体构造布局进展重设计。 2齿轮的强度设计、材料选择及热处理工艺与齿轮的啮合修形。3齿轮箱箱体铸造技术、齿轮热处理技术、加工工艺、组装工艺的争论。本工程的创点主要包括：1结合车轴的改进，对齿轮箱内的大齿轮与车轴的接口尺寸进展了大幅度的修改， 确保动车轮对满足现有转向架安装接口的需要。 2对原齿轮箱中一些不合理或对修理不便的构造进展改进，大大提高该车型齿轮 箱的可修理性。三、主要争论成果通过本工程的争论，形成了一系列齿轮箱研制及试验报告，及
14、完整的齿轮箱生产工艺，研制出国产化齿轮箱 3 台，其中 2 台进展了装车试验，发表了 2 篇论文，上海地铁 2 号线车辆齿轮箱国产化研制和试验已在城市轨道交通争论2023 年第 6 期发表，上海地铁 AC01/02 型电动列车齿轮箱轴承游隙确实定和调整，已在机车车辆工艺2023 年第 3 期发表，并形成一支具有核心竞争力的轨道交通关键零部件研发的技术团队。工程的总体研制报告包括以下内容：1） 上海地铁2号线箱体强度计算2） 上海地铁2号线齿轮强度计算报告3） 上海地铁2号线轴承寿命计算报告4） 齿轮箱图纸5） 上海地铁2号线齿轮传动装臵的研制质量打算6） 上海2号线齿轮箱生产流程及质量保证打算
15、7） 上海地铁2号线主、从动齿轮生产流程质量掌握打算8） 上海2号线齿轮箱检验打算9） 上海地铁2号线主从动齿轮验收作业指导书10） 上海地铁2号线检测报告11） 上海地铁2号线齿轮传动装臵的研制型式试验报告12） 上海地铁2号线齿轮传动装臵的研制总体验收技术条件13） 上海地铁2号线齿轮箱使用维护说明书四、应用前景与效益推测AC01/02 型列车齿轮箱国产化研制研制成功后，将使上海地铁具有对现有车辆齿轮箱技术改进的力量，提升了对列车关键部件技术开发力量，为将来AC01/02 型车型齿轮箱的备件选购查找出一条可行的方案。由于进口齿轮箱及其备件选购本钱高、周期长，使修理本钱掌握困难，且该进口齿轮箱构造较不合理，其承受垂直分箱面给修理工作带来很多困难，使人力本钱提高及工作效率降低。因而此修理替代工程对齿轮箱进展了国产化，便利了将来修理的备件供给，并改进了分箱面型式，将垂直分箱面改为水平分箱面，大大降低了修理工作量，整个修理量比原进口齿轮箱下降了 50%，工作效率提高
