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地鐵車輛聯(lián)軸節(jié)及齒輪箱技術(shù)研究工學(xué)論文
【摘 要】 本文通過對上海一號線和二號線地鐵車輛中聯(lián)軸節(jié)及齒輪箱結(jié)構(gòu)和功能的比較，為將來我國城市軌道交通車輛聯(lián)軸節(jié)及齒輪箱部件的國產(chǎn)化設(shè)計提出合理化建議。
【關(guān)鍵詞】 聯(lián)軸節(jié) 齒輪箱
國內(nèi)鐵路車輛轉(zhuǎn)向架都是靠內(nèi)燃機車頭提供動力，車廂都為拖車。所以國內(nèi)設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)向架時就沒有涉及聯(lián)軸節(jié)的問題。但隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，許多城市提出要進行地鐵建設(shè)以改善日益嚴重的城市交通問題。而一直靠進口外國地鐵車輛，成本非常昂貴。提高城市軌道的國產(chǎn)化將是我們的必由之路。
首先，讓我們來了解一下聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架上的布置。目前上海地鐵車輛為6節(jié)編組，頭尾兩節(jié)拖車不提供動力，提供列車動力的是中間的4節(jié)動車。這4節(jié)動車的轉(zhuǎn)向架布置如圖1(圖為上海二號線動車半個轉(zhuǎn)向架俯視圖)。傳動原理為電動機(1)得電，電機轉(zhuǎn)動，帶動聯(lián)軸節(jié)轉(zhuǎn)動，聯(lián)軸節(jié)再帶動齒輪箱(2)中的齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動輪對轉(zhuǎn)動，從而完成動力傳動。
其次，讓我們了解一下何謂聯(lián)軸節(jié)。聯(lián)軸節(jié)的英文是coupling，意思是聯(lián)結(jié)、接合、耦合。所以顧名思義，聯(lián)軸節(jié)就是牽引電機和齒輪箱之間的連接機構(gòu)。也許有人要問不要聯(lián)軸節(jié)，直接連接牽引電動機和齒輪箱可不可以?答案是絕對不可以。因為當AW3狀態(tài)(即車輛滿載乘客狀態(tài))時，車體狀態(tài)相對于空車狀態(tài)下沉，齒輪箱中心、聯(lián)軸節(jié)中心和牽引電機中心不在同一直線上。而在車輛運行時，連軸節(jié)、牽引電機和齒輪箱齒輪都要高速運轉(zhuǎn)�？梢韵胂�，如果沒有聯(lián)軸節(jié)的連接，電機和齒輪箱在不同平面直接鉸合轉(zhuǎn)動，其后果是非�？膳碌摹�
下面我們來看看上海地鐵車輛關(guān)于聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱的實際情況。
1 一號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱介紹
一號線聯(lián)軸節(jié)是個橡膠元件(如圖2所示)。它由3大部分組成，分別是兩個橡膠元件（1）（2）和一個連接牽引電動機的法蘭盤。其內(nèi)部是空心的，兩個橡膠元件分別由兩個傭鹼螺絲固定。定在牽引電機上，另一個固定在齒輪箱上。聯(lián)軸節(jié)兩端是通過花鍵連接在電機和齒輪箱上的。
1.1一號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱設(shè)計初衷
一號線齒輪箱安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。
由于一號線牽引電機采用的是DC電機(直流電機)，重量為1045kg，體積比較大，從而導(dǎo)致電機和軸箱之間間距很小，所以采用了適合狹小空間的橡膠聯(lián)軸節(jié)。目前，在世界各國都很少采用這款聯(lián)軸節(jié)，可以說幾乎不用。
1．2 一號線聯(lián)軸節(jié)和軸箱優(yōu)點
適合齒輪箱和牽引電動機間距小的情況。不存在漏油現(xiàn)象，因為內(nèi)部無需加油。
1．3 1號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱缺點
月檢需要查看聯(lián)軸節(jié)兩磨合面的高度—一2．3mm(為了避免AW0(空車狀態(tài))和AW3工況下產(chǎn)生過大的高度差，所以在AW0衛(wèi)兄下調(diào)節(jié)一定的高度差)易損壞，牢度差。要用特殊工具測量，在調(diào)節(jié)尺寸時還要用撬棒作業(yè)。檢測環(huán)境很差。需要兩根拉桿固定，不但費材，而且給維修拆裝帶來很多麻煩。
2 二號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱介紹
二號線聯(lián)軸節(jié)為剛性結(jié)構(gòu)(如圖4)，在聯(lián)軸節(jié)兩部分連接處分別由兩片圓形金屬蓋板蓋住，蓋板周圍由密封橡膠圈密封，防止漏油。它與齒輪箱和電機連接方式采用過盈連接，這與上海地鐵一號線聯(lián)軸節(jié)的花鍵連接有所不同。
二號線齒輪箱結(jié)構(gòu)如圖5所示。它的結(jié)構(gòu)相對一號線齒輪箱要簡單，所以價格便宜一些。
2．1 二號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱設(shè)計初衷
由于二號線牽引電動機采用的是AC電機(交流)，重量比一號線牽引電動機輕—半，體積要比號線的牽引電機小很多，所以給設(shè)計人員采用了剛性齒輪鉸合的聯(lián)軸節(jié)。
2．2 二號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱優(yōu)點
牢度大，不易磨損，安全系數(shù)高。
2．3 二號線聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱缺點
“呼吸情況”造成油霧問題。(因為當輪對轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生大量熱量，所以齒輪箱內(nèi)的油被齒輪攪成油霧并膨脹從小孔排出。而等列車晚上進庫后，齒輪箱冷卻，齒輪箱內(nèi)空氣收縮，吸進外界冷空氣和灰塵，造成小孔周圍布滿油霧和灰塵的混合物)由于聯(lián)軸節(jié)內(nèi)采用油潤滑，有時會造成漏油。而一旦齒輪箱油量不足，齒輪箱內(nèi)齒輪在無油狀態(tài)下轉(zhuǎn)動，將很可能導(dǎo)致齒輪箱報廢，甚至脫軌。
維修不方便。 雖然這種齒輪箱設(shè)計成本相對一號線便宜。但是拆卸齒輪箱非常困難。若要把整個齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)拆卸下來的活，需要用拉模和液壓泵。通常來說，拆一個齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)需要3個小時。所以二號線這種齒輪箱的設(shè)計存在著一定的問題。作為一個維修人員，我希望國內(nèi)的設(shè)計人員在設(shè)計時要把工人工作成本，也考慮在設(shè)計范圍內(nèi)，而且要引起一定的重視。按照德國西門子公司的計算方法，每個工人每小時的整改工作公司需要支付35元人民幣。讓我們來假設(shè)二號線聯(lián)軸節(jié)需要整改某個項目：目前二號線擁有24輛列車，每列車16個聯(lián)軸節(jié)，總共是16x24=384個。每個聯(lián)軸節(jié)裝卸需要6h，再加上整改1h，一個聯(lián)軸節(jié)的整改項目需要花掉公司384x7x 35=94080元人民幣。這些還不包括中間所需工具零件和一些資源消耗。倘若聯(lián)軸節(jié)的裝卸只需2刊、時，那么就可以節(jié)約將近2／3的錢。從上可以看出，產(chǎn)品裝卸是否方便對于使用廠家可以產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益。
3 上海地鐵一、二號線對比
鑒于上海地鐵一、二號線的優(yōu)、缺點比較，我們可以在設(shè)計同類產(chǎn)品時注意以下幾個方面：
采用剛性聯(lián)軸節(jié)，避免用橡膠元件，這樣更加安全可靠。
齒輪箱結(jié)構(gòu)采用一號線齒輪箱結(jié)構(gòu)，方便安裝。在齒輪箱危險液面位置可以在箱體表面裝一個小鏡面，這樣方便工人檢查時觀察液面，及時加油。
4 結(jié)束語
以上就是上海地鐵車輛聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱情況，希望能給廣大從事車輛技術(shù)的工作者們擴展一下思
提供一些幫助，爭取早日實現(xiàn)地鐵聯(lián)軸節(jié)部件的國產(chǎn)化，填補目前國內(nèi)這—領(lǐng)域的空白。
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