地铁齿轮箱结构改进研究

操育丰

摘要：对于地铁车辆来说，齿轮箱是极其重要的组成零部件之一，其功能将会直接影响到地铁车辆的安全运行。在城市发展规模和人口数量不断扩大的今天，城市交通更加拥挤，而政府和有关部门为了更好地改善这一局面，纷纷采取建造地铁等方式方便人们日常出行。地铁运输的主要特点是既不会占用地面的空间，同时作为重要的公共交通工具，为人们提供了出现新选择，妥善解决城市地面拥挤的问题。轨道交通主要是由二个部分构成，分别为动车和拖车，其中完成电能传递的为动车组。而齿轮盒则是作为减速结构出现的，作用机理是把较高的牵引电机速度变换为较合适的车轮速度，实现对地铁车辆的驱动。

关键词：地铁；齿轮箱；结构改进

地下铁路在工作的过程中，由于齿轮箱中的主轮和随动轮会高速运转，从而对齿轮箱中的润滑剂的流动产生了带动效应，从而使润滑剂既可以通过飞溅的方法直接作用于二侧传动齿轮的啮合力表面上，也会直接作用于其他部位，从而完成了对齿轮箱的润滑与冷却。但当齿轮盒等润滑剂泄露时，不但会造成齿轮箱内润滑剂量下降，同时也很大地影响了齿轮和轴承类型内部的润滑剂作用，导致升温加快。本文主要围绕地铁齿轮箱结构改进进行研究和讨论。

一、地铁齿轮箱原理即结构概述

在对轨道交通车轮进行设计的过程中，其齿轮箱的最主要功用是作为减速器，也就是把牵引电机产生的较高转速变换为更有利于旋转的速度。对时速约为每小时100km的城市地下铁路轮箱而言，主要有以下六部分构成，它们是箱体、齿轮组合、支撑体系、轴承系统、密封体系，以及齿轮箱附件。对于齿轮箱的箱体结构进行了分类，其大多是水平分箱构造，这主要是因为这样的箱体构造可以更好地对传动齿轮和轴承类型等重要零部件做好放置与拆解工作，方面便平时的检查和保养工作；而箱体又可以分成上箱体和下箱体这二个部分，通过螺栓连接，并且分箱面是经过车轴的中心线的；箱体有着足够的强度和刚度，这主要是保证齿轮荷载分布的均匀^[1]。对齿轮箱的齿轮构造进行了剖析，为了更好的为旅客提供交通运输服务，使得与地铁车站间的距离比较短，这就会使得地下铁路汽车发生相对频繁的起步和刹车；而轨道交通汽车发生了相对频繁的加速和减速后，又由于加减速速度过快，最终会导致齿轮箱牵引齿轮遭受很大的冲击负荷；由于这一因素，在对齿轮进行设计的过程中，一定要充分考虑其弯曲刚度，因此通常情况下会考虑用硬齿面齿轮；除此之外，在对齿轮进行设计之时，还必须要对其齿轮齿数、齿轮变位系数等重要参数进行考虑。对齿轮箱的轴承种类进行了分析，地铁齿轮箱轴承种类的选取是十分关键的，这也和地下铁路齿轮箱的使用年限密切相关；通常情况下，装配空间、载荷特性以及方向等因素都会对轴承类型的选用产生很大的影响，而地下铁路齿轮箱轴承类型则一定要符合以下二个条件：一是齿轮箱的轴向长度及尺寸都不可以过大，主要因为齿轮箱的空间结构既受整车结构的影响，同时还需要保障自身的承载能力；二是轴承的安装和调试必须要方便进行，同时其自身要有着较好的自适应性。对齿轮箱的润滑体系进行了解析，若是为油而润滑的齿轮箱，所以在保持了一定量的润滑剂的状况下，就可以很好地形成了润滑油层，从而实现了轴承与传动齿轮之间润滑的保证，齿轮箱最常采用的就是飞溅润滑的方式^[2]。对齿轮箱的密闭体系进行综合分析，在对密闭体系进行工程设计时，实际的输入条件和运行状况都是工程设计人员进行综合分析和考虑的主要原因；同时要想防止润滑剂的泄露状况的发生，那么齿轮箱的密闭体系就一定要由接触式密封和非接触式密封这二个部门所构成。

二、地铁齿轮箱结构改进研究——密封结构

从以上的剖析内容得出，地铁齿轮盒存在较多的内部结构组成，本章选择其密闭构造展开深入的剖析，探讨对地铁齿轮盒密闭构造改善的可行举措。对于地下铁路齿轮箱的密封构造而言，其主要的密封方式为迷宫密封，而迷宫密封的原理是通过增加物体的流动阻力，或者是对局部能量的消耗来实现密封。当对地下铁路齿轮箱的密封构造进行优化时，主要从以下几个方面进行。

(一)增大集水槽体积

当外界水蒸气从第一道的封闭缝隙流入到密封结构里面之后，就会到达集水槽，从而对集水槽的空隙长度进一步的扩展，也就可以产生更大的扩张空隙，这也就利于从缝隙出口流入到集水槽空腔里的，外界水蒸气就可以实现良好的水汽压的释放，而内部水蒸气的流量也就会减小，从而防止了水蒸气直接流入到齿轮箱的内部。在增加集水槽的径向长度之后，就可以提高集水槽的储水能力，从而更好的进行对外界水的汇集，将其暂时贮存于集水槽内，进而利用集水槽下部的排气气孔将水汽排除^[3]。

(二)对两个轴向的密封间隙通道进行高度差的设计

在对两个轴向的密封间隙通道进行高度差的设计时，可以对传统的直通式的密封改进为阶梯式的密封，也就是在两个间隙的通道位置设置高度差，利用高度差的存在对流体的速度和方向进行强制性的改变，促进动能与热能的转换，同时还能够加快局部能量的耗散。

(三)减小轴向密封间隙

当流体在封闭间隙的管道中进行运动时，因为其自身也会产生具有一定程度的物理黏性，从而在迷宫封闭系统的管道内会和管道壁形成磨擦，因而所形成的摩擦力就有可能会造成流体转速的减小，这样就可以降低流体的进入量。从另一方面考虑，减少其中的间隙空气，那样就可以达到明显的空气压强降低的效应，最终，实现齿轮箱密封结构密封效果的提升。由此可以看出，对密封间隙面积的减少所取得的效果时直观有效的，那么就是密封性能的增加。

(四)加长第二段轴向密封间隙通道

对于地铁齿轮箱密封结构密封间隙通道的摩阻效应来说，由于本身可能受到来自间隙总长度的影响，那么通过对第二段通道长度的增加，就能够有效增强通道的摩擦阻力效应，在阻止水汽通过第二段密封间隙进入到齿轮箱内部方面发挥着明显效果^[4]。

(五)加长排水孔并改变其角度

对于集水槽底部的排水孔来说，一方面，对其长度进行增长处理；另一方面，将排水孔的角度改为垂直。在实现上述两个操作以后，当外部的水直接射入齿轮箱的密封部位以后，对排水孔结构的优化能够防止底部倒灌情况的出现而造成的齿轮箱出现故障。

三、结束语

综上所述，地铁的发明与应用，不断改善着人们生活，为人们的日常出行提供了新的选择方式。齿轮箱作为地铁的重要组成部分，其中的密封结构在一定程度上影响着地铁的日常运行。因此根据密封结构的工作原理，通过提升阻力和扩大间隙等方式，延长其使用寿命，降低其安全隐患，全面提升地铁齿轮箱的整体工作效率水平。

参考文献

[1]傅久定，姜巨标，尹荣栋.动态油位对地铁齿轮箱润滑改善的研究[J].中国军转民，2020.

[2]吴成攀，曾一鸣，栗华，等.轨道交通车辆齿轮箱油位计的结构分析与优化[J].轨道交通装备与技术，2020(2):2.

[3]吴四二.地铁车辆转向架齿轮箱失效型式分析[J].现代城市轨道交通，2021(1):6.

[4]肖伟敬，王振山，张旭东，等.行星齿轮箱内外齿圈齿面剥落缺陷分析及改进[J].甘肃科技，2020，36(15):3.