大型养路机械传动轴检修周期探讨
【关键词 大型养路机械 传动轴 检修周期 因素指标 安全
1 概述
传动轴是大型养路机械动力传动系统的重要组成部分之一，其由两端的万向节及中间轴组成，万向节由连接盘、十字轴、轴承和叉形头等组成。传动轴在大型养路机械运行和作业中长期处在高速、重载工况下工作，承受着各种复杂的交变载荷和冲击，当应力集中部位不堪长期负荷，可能形成疲劳裂纹，扩展造成传动轴损坏[1]。传动轴损伤形式主要有裂损和变形[3]。造成传动轴裂损的主要原因有：连接焊缝处因焊接热应力产生裂纹；花键轴、花键套的材质不良引起传动轴折断；所受扭矩过大；安装位置不合适；不平衡量过大。造成传动轴变形的主要原因是由于传动轴自身重力作用，加上制作缺陷导致质量不均匀，质心偏离轴线产生的离心惯性力引发传动轴弯曲振动的干扰力与转速呈二次方关系，随着传动轴转速增加急剧上升，加速传动轴的损坏[2]，影响机械行车安全。大型养路机械车型不同其传动轴数量和安装位置也不尽相同，部分传动轴安装位置比较隐蔽，日常检查保养中检修人员由于安装位置区域受限，往往简化传动轴的检查，容易造成安全隐患，引发行车事故。传统大型养路机械各传动轴检测周期根据施工间隙期每年冬检进行磁粉探伤和动平衡试验，而忽略机械运行公里数、作业公里数、受力大小等因素对传动轴的影响[4]。本文结合各传动轴受力大小、大机运行公里数、全年作业公里数、发动机运转小时、使用年限等因素对全断面道碴清筛机、捣固车、连续走行捣固车、连续走行捣固稳定车、道岔捣固车、轨道动力稳定车等大型养路机械传动轴检修周期进行了全面系统的分析。通过研究各因素所占故障率百分比，选取影响最大的因素，提出各车型传动轴检修参考依据，为大型养路机械传动轴检修周期的确定提供一定的参考意见。
2 检测车型及方法
2.1 检测车型
本次检测大型养路机械共有77台，全断面道碴清筛机12台、步进式捣固车12台、连续走行捣固车20台、连续走行捣固稳定车2台、道岔捣固车8台、轨道动力稳定车12台。
大型养路机械车型传动轴安装位置：全断面道碴清筛机发动机-分动箱共2根；步进式捣固车ZF-分动箱、发动机-ZF、减速箱-ZF、分动箱-过桥轴、过桥-Ⅰ轴齿轮箱、分动箱-Ⅱ轴齿轮箱共6根；连续走行捣固车ZF-分动箱、发动机-ZF、减速箱-ZF、分动箱-过桥轴、过桥-Ⅰ轴齿轮箱、分动箱-Ⅱ轴齿轮箱、发动机-走行泵共7根；连续走行捣固稳定车ZF-分动箱、振动马达-稳定装置、分动箱-过桥轴、过桥-Ⅰ轴齿轮箱、分动箱-Ⅱ轴齿轮箱、稳定装置之间、泵驱动齿轮箱-ZF、发动机-走行泵共8根；道岔捣固车ZF-分动箱、发动机-ZF、减速箱-ZF、分动箱-过桥轴、过桥-Ⅰ轴齿轮箱、分动箱-Ⅱ轴齿轮箱共6根；轨道动力稳定车ZF-分动箱、发动机-ZF、振动马达-稳定装置、分动箱-过桥轴、过桥-Ⅰ轴齿轮箱、分动箱-Ⅱ轴齿轮箱、走行马达-分动箱、稳定装置之间共8根。
2.2 检测方法和依据
（1）传动轴检修过程中主要进行磁粉探伤和动平衡试验。磁粉检测是利用工件被磁化后，由于不连续存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续的位置、大小、形状和严重程度。磁粉探伤检测标准依据GB/T15822.1-2005《磁粉探伤方法》、TB/T2047-2005《铁路磁粉探伤用磁粉供货技术条件》、JB/T8290-98《磁粉探伤机》及EQTFL/TS-02-2011《磁粉探伤工艺守则》；探伤仪型号：TCL-1型交流磁粉探伤仪。
（2）传动轴动平衡试验是利用平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。传动轴动平衡检测不合格时用去材料方法和调整重心的方法及调整垫片的方法来达到动平衡的标准，但每端平衡片数量不得多于3片。试验检测标准参照JB/T8925-2008《滚动轴承汽车万向节十字轴总成 技术条件》，在转速为3000r/min时，万向轴长度不平衡量不大于表2.2.1所列数值。
2.3检修要求
探伤花键轴、花键套、万向节叉、十字轴及连接焊缝不应有裂纹；花键轴、套上花键部分径向圆跳动不得大于0.15mm，其他部分径向圆跳动应不大于1mm；花键轴、套配合侧隙不大于0.3mm；万向节叉两轴承孔轴线与传动轴轴线垂直度误差直径不得大于0.3mm[3]。
3 检测结果与分析
3.1 检测结果
试验检测传动轴共407根，其中有64根传动轴探伤、动平衡检测结果不合格，约占总数的15.7%，其中有16根传动轴在质保期内。现对这些传动轴进行统计分析。检测结果如表3.1.1所示。
3.2 检测结果分析
3.2.1 传动轴安装位置不同各车型传动轴故障率统计
，故障率统计结果如表3.2.1所示：
由表3.2.1可以看出，步进式捣固车、连续走行捣固车、道岔捣固车、轨道动力稳定车四种车型故障率最高的传动轴位置均为“ZF-分动箱”，此处传动轴长期承受交变载荷和大扭矩，导致裂纹产生机率高且发展速度快；连续走行捣固稳定车车型“ZF-分动箱”、“分动箱-过桥轴”、“过桥-Ⅰ轴齿轮箱”、“分动箱-Ⅱ轴齿轮箱”四个位置的传动轴故障率较高。 3.2.2 同一种车型不同传动轴各因素分析
数值的计算采取平均值计算大小，方差计算波动大小得知。
（1） 全断面道碴清筛机结合运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间、使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，结果如图2.2.1所示。
由图2.2.1分析得知：全断面道碴清筛机使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数1600km；②作业公里数20km；③发动机运转时间2100h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强发动机-分动箱部位传动轴的检测，主要检测部位有花键十字叉处、键套法兰盘根部和花键法兰盘根部等。
（2） 步进式捣固车结合运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间以及使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，结果2.2.2所示。
由图2.2.2分析得知：捣固车使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数6200km；②作业公里数100km；③发动机运转时间2400h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强ZF-分动箱、分动箱-过桥轴和过桥-Ⅰ轴部位传动轴检测，主要检测部位有花键十字叉处、键套法兰盘根部、花键法兰盘根部、主体和轴体焊接部位等。
（3） 连续走行捣固车结合运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间以及使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，结果如图2.2.3所示。
由图2.2.3分析得知：连续走行捣固车使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数5500km；②作业公里数250km；③发动机运转时间2200h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强ZF-分动箱、发动机-ZF、减速箱-ZF和分动箱-Ⅱ轴部位传动轴检测，主要检测部位有花键十字叉处、键套法兰盘根部、花键法兰盘根部、主体和轴体焊接部位、主体和十字叉头焊接部位等。
（4） 道岔捣固车结合运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间以及使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，结果如图2.2.4所示。
由图2.2.4分析得知：道岔捣固车使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数5000km；②作业数300组；③发动机运转时间900h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强ZF-分动箱、发动机-ZF、减速箱-ZF、分动箱-Ⅱ轴和分动箱-过桥轴部位传动轴检测，主要检测部位有花键十字叉处、键套法兰盘根部、花键法兰盘根部、主体和十字叉头焊接部位等。
（5） 连续走行稳定捣固车根据运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间以及使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，结果如图2.2.5所示。
由图2.2.5分析得知：连续走行稳定捣固车使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数3900km；②作业公里数150km；③发动机运转时间950h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强ZF-分动箱、振动马达-稳定装置、过桥-Ⅰ轴、分动箱-Ⅱ轴和分动箱-过桥轴部位传动轴检测，主要检测部位有键套法兰盘根部、花键法兰盘根部等。
（6）轨道动力稳定车根据运行公里数、全年作业公里数、发动机运转时间以及使用年限等因素，综合分析故障率形成原因，按照方差和平均数计算得知：轨道动力稳定车使用条件建议达到以下条件之一时，①运行公里数4500km；②作业公里数2000km；③发动机运转时间3100h；④大机使用周期达到1年时，应重点加强ZF-分动箱、发动机-ZF、振动马达-稳定装置、分动箱-过桥轴、分动箱-Ⅱ轴、走行马达-分动箱和稳定装置之间部位传动轴检测，主要检测部位有十字叉处、键套法兰盘根部、花键法兰盘根部和键套主体等。
4 结语
通过对大型养路机械各车型传动轴故障率分析，传动轴表面裂纹大多数表现形式为疲劳裂纹，建议从运行公里数、作业公里数、发动机运转时间和使用年限四方面考虑传动轴检修周期，为其他大型养路机械使用单位传动轴检修保养提供了一定的借鉴经验和数据支持。
