地铁车辆联轴节及齿轮箱技术研究

【摘 要】 本文通过对上海一号线和二号线地铁车辆中联轴节及齿轮箱结构和功能的比较，为将来我国城市轨道交通车辆联轴节及齿轮箱部件的国产化设计提出合理化建议。

【关键词】 联轴节 齿轮箱

国内铁路车辆转向架都是靠内燃机车头提供动力，车厢都为拖车。所以国内设计人员在设计转向架时就没有涉及联轴节的问题。但随着我国城市建设的快速发展，许多城市提出要进行地铁建设以改善日益严重的城市交通问题。而一直靠进口外国地铁车辆，成本非常昂贵。提高城市轨道的国产化将是我们的必由之路。
首先，让我们来了解一下联轴节和齿轮箱在地铁车辆转向架上的布置。目前上海地铁车辆为6节编组，头尾两节拖车不提供动力，提供列车动力的是中间的4节动车。这4节动车的转向架布置如图1(图为上海二号线动车半个转向架俯视图)。传动原理为电动机(1)得电，电机转动，带动联轴节转动，联轴节再带动齿轮箱(2)中的齿轮转动，齿轮带动轮对转动，从而完成动力传动。

其次，让我们了解一下何谓联轴节。联轴节的英文是coupling，意思是联结、接合、耦合。所以顾名思义，联轴节就是牵引电机和齿轮箱之间的连接机构。也许有人要问不要联轴节，直接连接牵引电动机和齿轮箱可不可以?答案是绝对不可以。因为当aw3状态(即车辆满载乘客状态)时，车体状态相对于空车状态下沉，齿轮箱中心、联轴节中心和牵引电机中心不在同一直线上。而在车辆运行时，连轴节、牵引电机和齿轮箱齿轮都要高速运转。可以想像，如果没有联轴节的连接，电机和齿轮箱在不同平面直接铰合转动，其后果是非常可怕的。
下面我们来看看上海地铁车辆关于联轴节和齿轮箱的实际情况。
1 一号线联轴节和齿轮箱介绍
一号线联轴节是个橡胶元件(如图2所示)。它由3大部分组成，分别是两个橡胶元件（1）（2）和一个连接牵引电动机的法兰盘。其内部是空心的，两个橡胶元件分别由两个佣硷螺丝固定。定在牵引电机上，另一个固定在齿轮箱上。联轴节两端是通过花键连接在电机和齿轮箱上的。

1.1一号线联轴节和齿轮箱设计初衷
一号线齿轮箱安装结构如图3所示。

由于一号线牵引电机采用的是dc电机(直流电机)，重量为1045kg，体积比较大，从而导致电机和轴箱之间间距很小，所以采用了适合狭小空间的橡胶联轴节。目前，在世界各国都很少采用这款联轴节，可以说几乎不用。
1．2 一号线联轴节和轴箱优点
适合齿轮箱和牵引电动机间距小的情况。不存在漏油现象，因为内部无需加油。
1．3 1号线联轴节和齿轮箱缺点
月检需要查看联轴节两磨合面的高度—一2．3mm(为了避免aw0(空车状态)和aw3工况下产生过大的高度差，所以在aw0卫兄下调节一定的高度差)易损坏，牢度差。要用特殊工具测量，在调节尺寸时还要用撬棒作业。检测环境很差。需要两根拉杆固定，不但费材，而且给维修拆装带来很多麻烦。
2 二号线联轴节和齿轮箱介绍
二号线联轴节为刚性结构(如图4)，在联轴节两部分连接处分别由两片圆形金属盖板盖住，盖板周围由密封橡胶圈密封，防止漏油。它与齿轮箱和电机连接方式采用过盈连接，这与上海地铁一号线联轴节的花键连接有所不同。
二号线齿轮箱结构如图5所示。它的结构相对一号线齿轮箱要简单，所以价格便宜一些。

2．1 二号线联轴节和齿轮箱设计初衷
由于二号线牵引电动机采用的是ac电机(交流)，重量比一号线牵引电动机轻—半，体积要比号线的牵引电机小很多，所以给设计人员采用了刚性齿轮铰合的联轴节。
2．2 二号线联轴节和齿轮箱优点
牢度大，不易磨损，安全系数高。
2．3 二号线联轴节和齿轮箱缺点
“呼吸情况”造成油雾问题。(因为当轮对转动时，产生大量热量，所以齿轮箱内的油被齿轮搅成油雾并膨胀从小孔排出。而等列车晚上进库后，齿轮箱冷却，齿轮箱内空气收缩，吸进外界冷空气和灰尘，造成小孔周围布满油雾和灰尘的混合物)由于联轴节内采用油润滑，有时会造成漏油。而一旦齿轮箱油量不足，齿轮箱内齿轮在无油状态下转动，将很可能导致齿轮箱报废，甚至脱轨。
维修不方便。 虽然这种齿轮箱设计成本相对一号线便宜。但是拆卸齿轮箱非常困难。若要把整个齿轮箱和联轴节拆卸下来的活，需要用拉模和液压泵。通常来说，拆一个齿轮箱和联轴节需要3个小时。所以二号线这种齿轮箱的设计存在着一定的问题。作为一个维修人员，我希望国内的设计人员在设计时要把工人工作成本，也考虑在设计范围内，而且要引起一定的重视。按照德国西门子公司的计算方法，每个工人每小时的整改工作公司需要支付35元人民币。让我们来假设二号线联轴节需要整改某个项目：目前二号线拥有24辆列车，每列车16个联轴节，总共是16x24=384个。每个联轴节装卸需要6h，再加上整改1h，一个联轴节的整改项目需要花掉公司384x7x 35=94080元人民币。这些还不包括中间所需工具零件和一些资源消耗。倘若联轴节的装卸只需2刊、时，那么就可以节约将近2／3的钱。从上可以看出，产品装卸是否方便对于使用厂家可以产生直接的经济效益。
3 上海地铁一、二号线对比
鉴于上海地铁一、二号线的优、缺点比较，我们可以在设计同类产品时注意以下几个方面：
采用刚性联轴节，避免用橡胶元件，这样更加安全可靠。
齿轮箱结构采用一号线齿轮箱结构，方便安装。在齿轮箱危险液面位置可以在箱体表面装一个小镜面，这样方便工人检查时观察液面，及时加油。
4 结束语
以上就是上海地铁车辆联轴节和齿轮箱情况，希望能给广大从事车辆技术的工作者们扩展一下思
提供一些帮助，争取早日实现地铁联轴节部件的国产化，填补目前国内这—领域的空白。