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齿轮感应热处理专题:机车齿轮感应热处理现状及展望


​ 一、 机车齿轮感应热处理的现状

    1.技术现状

    国内各厂家均采用中频埋油沿齿廓淬火工艺。自20世纪70年代至90年代中期,国内机车感应齿轮生产厂家经历了淬火工艺摸索、批量生产国产120km/h以下机车齿轮、进口机车齿轮国产化等阶段,工艺得到逐渐稳定。自90年代中期以来,随着铁路工业的迅速发展,机车运行速度及牵引吨数逐年提高,感应齿轮服役期故障率逐步上升,突出表现在齿轮全齿宽范围内两端未硬化,使用过程中产生弯曲疲劳裂纹,经过最近几年的研究摸索,相关厂家采用新工艺后,已实现齿轮全齿宽范围内硬化。

    现机车用感应齿轮使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h,寿命由初期的40万km提高到100万km以上。

    2.装备现状

    (1)机床 现国内各厂家机床装备水平参差不齐,第1代液压升降、无限位、淬火变压器半潜式机床,第1.5代液压升降、有限位、PLC控制机床,以及第2代丝杆步进电机升降、半数控控制机床并存。第1代机床仍然占主导地位,由于第1代机床仍沿用60年代末的设计,定位精度差、稳定性差,已不能满足齿轮生产的要求,必须更新换代;第2代淬火机床现仅有1台,于2004年投入使用,基本满足生产要求,但在技术水平上仍未能达到同期通用淬火机床的技术水平。

    (2)电源 淬火电源仍然使用机式中频发电机(组),少数厂家曾试用过国产晶闸管中频电源,但由于可靠性不佳,未能推广,第3代全固态IGBT中频电源在国内机车齿轮感应热处理行业未能运用。

    二、 机车齿轮感应热处理存在的问题

    1.基础研究严重不足

    (1)使用速度160km/h以下齿轮的设计理论储备较多,而对于速度160km/h以上机车能否使用感应齿轮在理论上仍处于空白阶段。

    (2)感应齿轮未进行实物接触、弯曲疲劳强度试验论证,以致于齿轮使用寿命不能精确预估。

    (3)对感应齿轮硬化层区域应力分布情况未作深入研究。

    (4)模数6mm以下城轨、地铁机车感应齿轮双频淬火是发展潮流,但双频淬火仍停留于调研阶段,设计人员对双频淬火齿轮运用范围、使用寿命等方面存在诸多盲点,未能开展双频淬火齿轮的试验台实物试验验证。

    2.设备老化

    (1)国内机车齿轮生产厂家感应淬火机床普遍老化,CNC数控、丝杆侍服电机精确走行、在线实时监控等技术均未采用。而许多国内感应设备制造厂家齿轮淬火机床仍停留于10年前的技术水平。

    (2)中频电源仍然为机式中频发电机(组),而全固态IGBT中频电源在铁道行业未有成功运用经历。

    (3)重热轻冷,忽视冷却介质对淬火质量的影响,现国内机车感应齿轮生产厂家仍将机油作为主要淬火介质,轮齿齿面硬度分布不理想。

    (4)齿轮冷热加工配合不够,忽视倒角大小、形状及齿根粗糙度、齿根圆弧形状等机加工项点对感应加热及最终质量的影响。

    三、 机车齿轮感应热处理展望

    (1)在更新控制精度高、自动化程度高的淬火设备后,机车齿轮生产质量、效率有望进一步提高。

    (2)双频淬火设备在推广的同时需要完成地铁、城轨机车齿轮的验证工作。

    (3)行业协会可争取立项,组织相关单位完善机车感应齿轮的基础研究工作,如硬化层应力分布、疲劳强度的测定。

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