城轨车辆齿轮箱移动注油装置研制_章毅.pdf

*池州职业技术学院院级自然重点科学研究项目（ZR2021Z4）城轨车辆齿轮箱移动注油装置研制*章毅（池州职业技术学院，安徽 池州247100）焦金鹏（中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京211800）Development of Mobile Oil Filling Device for Gear Box of Urban Rail Vehicles摘要：为解决各城轨车辆主机厂及地铁车辆段在齿轮箱注油工序中，出现的注油困难问题，通过对生产现场条件进行分析，设计采用移动式注油方式，气源为动力源的注油机进行注油，该装置同时具备定量加注及废油运输的功能，提高了现场作业效率，保障城轨车辆转向架新造及检修的质量。关键词：城轨车辆；齿轮箱；注油装置Abstract:In order to solve the problems such as the difficulty of oil filling in the gear box oil filling process of the mainengine plant of urban rail vehicles and the metro depot,through the analysis of the production site conditions,the mobile oilfilling mode is designed,and the oil filling machine with the air source as the power source is used for oil filling.The de-vice has the functions of quantitative filling and waste oil transportation at the same time,which improves the on-site oper-ation efficiency and ensures the quality of new manufacturing and maintenance of urban rail vehicle bogies.Keywords:urban rail vehicles,gearbox,oil filling devic转向架是保障城轨车辆安全运营最为重要的部件1，而转向架中的齿轮箱则是重中之重。齿轮箱是车辆新造、均衡修、架修和大修中的重要部件之一，也是列车检修作业中是最常用的部件，其中齿轮箱加换油的作业一直以来都是新造及检修作业中的重点项目2。目前国内城轨车辆主机厂及地铁运营公司车辆段绝大部分均采用人工加注作业的方式3，人工记录数据并进行分析。但由于人为因素涉入过多，这就对操作人员的业务素质要求较高，可靠性难以保证，工作效率低下，常见的辅助注油装置存在精度不够，操作繁琐等问题4。本文针对当前注油工序中存在的不足，研制一种城轨车辆转向架齿轮箱移动注油装置，旨在解决生产现场注油难的问题，通过对主机厂及车辆段的齿轮箱注油工作进行调研，提出了采用移动式装置，气源为动力源的注油机进行注油，同时具备定量加注及费油运输的功能，以提高现场作业效率，保证城轨车辆新造及检修的质量。1设计目标经生产现场调研，发现目前齿轮箱注油作业主要存在以下问题：1）齿轮箱润滑油的注入量无法定量控制，若注入量过少，会使润滑不足，进而造成齿轮的磨损；注入量过多，影响传动部件散热，造成齿轮过热5。当前作业依靠作业者目视观察视窗加注，无法达到精确控制。2）当前新造车辆及检修车辆齿轮箱注油工作繁琐，劳动强度大，工作效率低下。加注工作均依靠均人工手持油壶逐个进行，利用重力使油流入齿轮箱中，但齿轮箱油不同牌号粘稠度各不相同，粘度较大时流入速度慢，注入效率低，因人力有限，使用油壶容积较小，在多级传统的齿轮箱注油工作中无法一次注入到位，仍需作业者往返补充润滑油，同时齿轮箱注油孔距地沟高度大约有1.6 m，工作需手举油壶约15分钟才能完成一个齿轮箱的注油工作（如图1所示），且作业时需配备两名人员，另一名人员观察油位视窗6。3）注油作业现场地面油污污染严重，因齿轮箱排油、加注工作采用人工作业的方式，且齿轮箱进行排油作业时须拧开底部排油螺堵，排油孔距离地面高度较高，润滑油极易滴落地面7，不仅污染车间现场的地面环境，更存在一定的生产安全隐患。本文以解决调研发现的问题为目标设计一种用于城轨车辆转向架齿轮箱的注油装置，而该设置需要满足生产现场的实际环境，主要表现为：1）现场生产环境复杂，新造车辆需在静载试验台下加注；车辆段停留车辆为编组状态，一列车跨度约130 m，电源无法全程覆盖8；2）城轨齿轮箱油位在一个标准范围浮动9，如依赖人工确定加注量易出现走下限情况，存在一定的安全风险；3）排油作业时废旧油回收困难，另外在废油回收搬运过程中不可避免出现废油外溢现象，对现场环境的破坏严重且不易清理，特别是检修沟内的油污更会给其他作业人员造成行走的不便和滑倒的安全隐患。2可行性分析1）注油车油箱设置和容积确定：4动2拖编组的地铁列车配置个16个齿轮箱，每个齿轮箱注油量约4 L10。按进行1组车辆的专项修作业进行计算。该注油装置配置新油与废油两个油图1人工注油方式城轨车辆齿轮箱移动注油装置研制82工业控制计算机2023年第36卷第2期箱，可将注油小车的新油油箱容积确定为约150 L（冲洗油量按每个齿轮箱约8 L计算，常规6编组地铁车辆配备16个齿轮箱）；回收废油箱约80 L。2）油泵系统的选择：齿轮箱检修工艺中明确要求杜绝新油与旧油的交叉污染问题，因此油泵系统需采用3套独立的油泵：抽油泵：将润滑油从油桶内抽取至新油油桶中；注油泵；往齿轮箱注油孔中加注新油；将齿轮箱废油从排油孔中抽取至废油油箱。并可切换为排油模式，将废油油箱的油排放至指定容器。整体油泵采用的为气动防爆泵，为耐高压输送级别油泵，并单独配备油水分离器。3）工作电源选择：采用24 V蓄电池供电，此电源仅用作操作系统供电，确保装置续航能力。4）控制系统设计：油箱油位控制：在油箱装有液态位传感器，对注油装置的新、废油箱油位的上限位进行监控控制，当油量过高达上限时，注油装置会进行报警，并自动切断电路，使油泵停止工作；单个齿轮箱注油定量控制：操作人员可根据工艺文件要求的注油量量预先设定，启动开关可自动开始注油，当加注达到设计值时，注油系统自动关闭，并有带有提示；独立的操作系统：本注油装置配置电气控制箱，单套油泵系统可实现独立控制，并能根据现场需要采用电动加注、持续加注及定量加注的模式。通过对加注量的数值设置，实现满足不同型号齿轮箱的需要，并带有急停按钮，以防突发故障。5）管路接口设计：本注油装置同时配有1个快接，首先在油桶盖设置专用接口，以便于更换油箱，并在注油装置取油泵端口配置专用快接，实现快速取油。并根据当前城轨车辆注油孔及排油孔的统型尺寸，在加油管前端配置多套接头，确保加油时无滴油、漏油等情况，保证生产现场环境无污染，同时避免润滑油浪费。6）整体外形设计：注油装置整体外观为开门箱体，同时箱顶为平面，便于拆卸油堵工具、材料和配件的放置，腿部设置万向轮，便于设备的移动，既美观又实用。3整体设计方案根据前期现场调研情况，确定采用移动式注油方式，概念图如图2所示。根据现场工艺布局，可以确定风源能做到全区域覆盖，因此采用气动注油方式，气动泵及进口接口都配备油水分离器，确保风源质量，保证气动泵的使用寿命。设计采用触摸屏控制，使用24 V存储电池供电，具有管理员模式、定量加注功能，可独立保存加注数据。配置运输管路，收集容器安装满油警报，其示意图如图3所示。根据目前城轨车辆转向架注油螺堵规格的统型结果，确定注油抢的接头尺寸，以适应全部系列地铁转向架的使用。设备模式有多种选择：自动模式为定量；手动模式为无限制出油；外置链接启动出油，可将油桶放入机器使用，设备具有缺油提示、油路堵塞提示、独立工位设置等功能；操作简单明了，其操作界面如图4所示：图4操作界面4结束语经现场认证，该设备满足了轨道交通车辆新造齿轮箱注油的工艺要求。该装置结构紧凑，移动方便，加油作业时间短。原先单个转向架注油作业需要总计30分钟工时，使用该设备后仅需10分钟，减轻了劳动强度，提高了工作效率。同时具备的废油封闭回收功能，避免了生产现场环境的污染。实现定量加注，减少油脂浪费和降低加注不足的风险，实现有据可查，具有良好的社会效益和经济效益。该设备还待进一步在地铁车辆段中验证使用效果、发现不足，以及降低地铁车辆库留时间。参考文献1牟文博.地铁车辆齿轮箱常见故障分析及处理建议J.机车车辆工艺，2015（1）：47-482韩在强.地铁齿轮箱的故障分析与处理J.中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术，2017，23（3）：2953翟婉明.车辆-轨道耦合动力学M.4版.北京:科学出版社，20154WANGJ,HEG,ZHANGJ,etal.Nonlineardynamicsanalysis of the spurgear system for railway locomotiveJ.Mechanical Systems and Signal Processing,2017,85:41-555张扬，成明金，黄瑶，等.城轨车辆齿轮箱检修工艺的研究与分析J.工业控制计算机，2021，34（4）：153-1546王东道，安靖宇，吴亮.地铁齿轮箱分箱面渗油原因分析及处理J.机车车辆工艺，2017（5）：43-447YANG J,SUN R,YAO D,et al.Nonlinear Dynamic Analysisof high speed multiple units Gear Transmission System withWear FaultJ.Mechanical Sciences,2019,10(1):187-1978陶功安，贺世忠，刘志远，等.国内地铁车辆转向架统型化和模块化研究J.电力机车与城轨车辆，2020，43（4）：6-10，649刘文龙.广佛环线城际铁路综合检修基地上盖综合开发研究J.现代城市轨道交通，2020（10）：30-3310周平.列车驱动齿轮箱密封系统分析C推进铁路新跨越加快经济大发展中国科协2004年学术年会铁道分会场论文集，2004收稿日期：2022-08-23图2小车整体方案图3费油收集示意图83