矿用电机车的减速装置

矿用电机车的减速装置

王海龙 朱杭杭

中车永济电机有限公司， 山西 永济 044500

摘要：简要介绍了矿用电机车减速装置的型式、结构特点及齿轮设计计算方法等。

关键词：矿用电机车 减速装置 减速箱 齿轮 设计计算

1.前言

矿山上采掘下来的煤或其他矿物，只有运出矿井才有使用价值。因此，运输是矿山生产过程的一个重要组成部分。运输机械的类型很多，但不外两大类：输送机类、车辆类。

车辆类的运输机械，包括轨道车辆和无轨车辆。轨道车辆是无动力装置的矿车，需要外加牵引设备才能运行。

机车是轨道车辆运输的一种牵引设备，按使用的动力分，有电机车和内燃机车。

矿用电机车由机械和电气两大部分组成。其中机械部分主要由车架、轮对、轴箱、弹簧托架、齿轮传动装置、制动装置、撒砂装置、缓冲器及连接器等组成，其中齿轮传动装置（即减速装置）是矿用电机车的重要组成部分。

2.减速装置的型式

矿用电机车的减速装置有两种型式：单级开式齿轮传动、两级闭式齿轮减速器。

2.1 单级开式齿轮传动

采用单级开式齿轮传动，牵引电动机的悬挂方式为轴悬式，一侧用滑动抱轴承装在轮对的轴上，另一侧机壳上的吊耳经弹簧悬挂装置吊挂在车架上，当车轮和车架因振动产生上下相对位移时，能保证传动齿轮的正常啮合，且能减缓牵引电动机受到的冲击和振动，但由于传动比小，只能选用转速低、体积大的牵引电动机。

2.2两级闭式齿轮减速传动

电机车采用闭式齿轮箱，提高了传动效率和齿轮的使用寿命。

下面主要介绍两级闭式减速器的结构特点、结构设计及齿轮的设计计算。

2.2.1 结构特点

两级闭式减速器有全封闭圆柱斜齿—螺旋伞齿轮两级减速器和全封闭螺旋伞齿轮—圆柱斜齿轮两级减速器两种。

全封闭圆柱斜齿—螺旋伞齿轮两级减速器（见图1），动力通过万向轴由电机传递给小斜齿轮轴，经一级减速，由大斜齿轮传递给螺旋伞齿轮轴，经二级减速后，由大螺旋伞齿轮传递给轮对。一级减速齿轮采用传递运动平稳，噪音小，承载能力高的渐开线斜齿圆柱齿轮。二级减速齿轮采用格里森齿制的等顶隙收缩齿、螺旋弧齿伞齿轮正交传动，优点是承载能力高，运转平稳，噪声小，对安装误差和变形不敏感。

图1 圆柱斜齿—螺旋伞齿轮两级减速器

其中：1.轴承 2.大斜齿轮 3.圆锥滚子轴承 4.螺旋伞齿轮轴 5.圆锥滚子轴承 6.车轴 7.大螺旋伞齿轮 8.轴承盖

全封闭螺旋伞齿轮—圆柱斜齿两级减速器（见图2），动力通过万向轴由电机传递给小螺旋伞齿轮轴，经一级减速，由大螺旋伞齿轮传递给低速级小斜齿轮轴，经二级减速后，由大斜齿轮传递给轮对驱动车轮转动。

图2 螺旋伞齿轮—圆柱斜齿两级减速器

其中：1.箱体 2.轴承盖3.圆锥滚子轴承 4.大斜齿轮5.斜齿轮轴 6.圆锥滚子轴承 7.螺旋伞齿轮 8.螺旋伞齿轮轴9.圆锥滚子轴承10.联接法兰

2.2.2 箱体的结构设计

箱体是用来支承轴系零件及附件，并保证它们之间准确相对位置，承受运转时零件间的内力以及外部作用力。为此，箱体应具有足够的刚度以减少支承的变形和轴线的歪斜，并应有良好的制造和装拆工艺性。

箱体强度及散热：采用剖分式结构，轴承座凸缘等部位设置有加强筋，这样既保证强度还有助于箱体散热。

箱体密封及箱内零件润滑：为保证密封，箱体剖分面联接凸缘的宽度要大一些，剖分面应精刨或刮研，联接螺栓间距不应过大，在下箱体分箱面上铣出回油槽，使进入分箱面间的油流回箱内，还可在上下箱体的剖分面涂抹密封胶和加装密封圈来保证；箱体内应装有足够的润滑油以润滑传动零件与轴承，循环的润滑油还起着散热、带走磨损微粒的作用。

箱体制造工艺性和装拆工艺性：箱体加工应保证安装定位方便、可靠，方便刀具进刀退刀，加工余量合理。

轴承间隙调整与润滑：为使齿轮、轴承能得到充分的润滑，采用飞溅润滑及在下箱体上开回油槽。装配时轴承间隙通过调整垫来调整。

2.2.3 减速器的齿轮设计计算

两级齿轮减速器，其传动比一般要满足：

渐开线式圆柱斜齿轮：

a．按齿面接触疲劳强度计算：

按下式确定小齿轮分度圆直径为：

确定小齿轮的模数：

按下式对齿面接触疲劳强度进行校核：

强度条件：

b．按齿根弯曲疲劳强度计算：

首先确定齿轮的当量齿数：

根据下式确定齿轮模数：

按下式对齿根弯曲疲劳强度进行校核：

强度条件：

螺旋伞齿轮：

a．根据齿面接触强度计算确定：

必要时要按下式进行齿面接触疲劳强度校核：

齿面接触疲劳强度的条件：

b．根据许用弯曲应力计算确定齿轮模数 ：

必要时要按下式进行齿根弯曲疲劳强度校核：

齿根弯曲疲劳强度的条件：

2.2.4 附件结构设计

观察孔盖：减速器上箱体顶部开设观察孔是为了观察齿轮的润滑及啮合情况，并向箱体内注入润滑油。孔大小设计以双目能清楚观察齿轮啮合情况为宜，在观察孔盖板与观察孔之间加有密封垫。

油标：油标用于检查箱体内油面的高度。

放油螺堵：箱体底部设置放油螺堵，用于定期排放污油。放油孔设计在最低处，螺堵与箱体之间用封油圈密封，便于拆装。

通气罩：减速器运转时，箱体内油温上升而气压增大，容易把油从密封处挤出，所以在箱盖顶部或观察孔盖上设置通气罩。

定位销：为保证上下箱体相互位置，保证轴承座孔的镗孔与装配精度，应在上下箱体联接凸沿处设置二到三个定位销，定位销采用圆锥销。

密封：由于其转速较低，因此密封采用密封结构简单、成本较低的接触式密封；车轴与减速器连接采用FB型有骨架带副唇的密封圈和J形密封圈配合使用，其密封效果良好。

轴承端盖：采用嵌入式轴承盖，其结构轻巧，无需螺栓联接。

2.2.5 装配技术要求：

总装前，所有零件用煤油清洗，轴承用汽油清洗，不允许有任何杂物存在，以免造成轴承烧损。

轴承内圆端面必须贴紧轴肩或定距环，使用塞尺进行检查。

齿轮啮合侧隙应在合理范围，调整轴承轴向间隙，使其转动灵活，根据装配情况，通过调整垫厚度进行调整。

装配时箱体分合面应平整，密封胶涂抹均匀。

减速器采用油浴润滑，润滑油规格应符合规定，应严格控制润滑油注入量，经试运转后，油面高度应在设计范围内。

3. 应用：

目前，该类型减速装置已应用在不同轨距、吨位、不同供电方式的电机车上，并广泛应用于煤矿，有色金属矿，铁路隧道施工等领域，经过长时间的运输考核，用户反应效果良好。

参考文献：

[1] 于学谦，矿山运输机械[K].中国矿业大学出版社，1993

[2] 徐灏，机械设计手册[J].机械工业出版社，1992

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