地铁齿轮箱密封发展现状

地铁齿轮箱密封发展现状

叶虎

中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司

一、前言

截至中国内地累计有59个城市投运城轨交通线路，总长度超过11000公里，各地因地制宜采取了多种制式的线路运营模式，而地铁制式超过了75%。地铁齿轮箱是地铁车辆的减速装置，起到降速增扭、传递牵引电机扭矩的作用。作为地铁车辆的重要零部件，齿轮箱功能性能的可靠性直接影响到地铁车辆的运行安全。

地铁齿轮箱通常地铁齿轮箱采用平行轴式圆柱斜齿轮，通过轴承支持于车轴，采用飞溅润滑。齿轮箱安装在车辆下部的转向架上，当车辆运行时，雨雪灰尘等杂物一旦进入齿轮箱内，将会对轴承、齿轮等零部件的使用寿命和润滑油的性能产生不同程度的影响，因此，地铁齿轮箱的密封系统不但要保证齿轮箱内的润滑油不能向外泄漏，同时还须使齿轮箱外的杂物以及车辆清洗时的清洗液等不能进入箱体内部，即要求齿轮箱的密封结构能够实现双向密封。

二、地铁齿轮箱的密封

地铁齿轮箱的密封主要分为接触式密封和非接触式密封。

2.1接触式密封

接触式密封，用在相互配合的零部件之间没有相对运动的地方（对齿轮箱来说即非旋转部位），对应的配合面之间的密封也叫静密封。如密封端盖与轴承座和轴承座—箱体之间的接触密封均采用O形橡胶圈密封；同时上下箱体分箱面处以及其它各处的接触密封采用涂密封胶的方式密封或采用密封垫片。接触式密封方式结构简单，性能可靠。

2.2非接触式密封

非接触式密封，用在相互配合的零部件之间存在相对运动（对齿轮箱来说即旋转部位），对应的配合面之间的密封也叫动密封。流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应 ”。对液体，有流体力学效应，其中包括磨阻效应、流束收缩效应；而迷宫效应则是这些效应的综合反应。非接触式密封通过间隙变化、流道急转变化、设置减压腔等方式使得齿轮箱在运行中保持保持一定的压力平衡，但能阻止内部油气外泄，从而达到密封效果。

三、地铁齿轮箱的密封设计

3.1密封设计要求

现有地铁运行速度一般在80km/h-140km/h，采用分体式齿轮箱，飞溅的润滑油由大齿轮带动，齿轮带动润滑油的线速度普遍高于15m/s，齿轮箱运用过程中，箱体内环境是一个充分的油液与油气的混合状态。

地铁齿轮箱的密封需与车辆架大修同步，通常地铁车辆要求大修周期为10年或120万公里，对齿轮箱来说日常只需目视检查和定期更换润滑油。如齿轮箱的贯通部位采用接触式密封，材料的磨损和更换显然不能满足齿轮箱旋转贯通部位密封的使用寿命要求。

综合使用环境和使用要求，现有地铁齿轮箱基本都采取在旋转部位使用非接触式密封，整体采用接触式密封与非接触式密封相结合的方式。典型地铁齿轮箱结构如图1所示。

3.2密封设计要点

受空间尺寸所限，地铁齿轮箱不同的密封结构带来的密封效果也因流道设计不同而参差不齐。综合地铁齿轮箱使用要求，其密封设计要点主要包含以下几个方面：

（1）在箱体分型面以及轴承座、观察窗、小齿轮轴车轮侧等与箱体结合面等部位采用涂胶方式的静密封。

（2）在注油堵塞、放油堵塞、通气器、油位计等部位采用密封垫片方式的静密封。

（3）在小齿轮轴的电机侧和车轴贯通部位采用小间隙和带有甩油环的机械迷宫相结合方式的动密封。齿轮箱旋转部位的密封通过轴承座、密封环以及箱体内壁造型进行构建。密封圈过盈配合在齿轮轴或车轴上，轴承座的密封凸缘与密封环的凸缘形成径向小间隙密封和迷宫密封等。当润滑油流有外溢趋势趋势时，经过轴向间隙密封的作用，将大部分润滑油阻挡在内部，大部分通过油道直接回流至箱体；小部分润滑油或者油气沿迷宫密封进入密封腔，在迷宫密封中重新冷凝，经油道回流至箱体；同时，密封环与轴承座之间形成小间隙密封以及轴承座端面与密封圈端面形成小间隙密封，利用箱体内外压差对外界产生的污染物和水气等进行有效阻隔。

四、总结

地铁齿轮箱的密封是一个复杂的系统工程，涉及到齿轮箱结构、 温度场分布、密封形式、内外压力平衡等多种因素，在地铁齿轮箱的所有故障模式中，因密封泄露产生的故障可占80%以上。

为保障地铁齿轮箱可靠运用，在齿轮箱设计定型阶段，通常会根据线路工况进行型式试验，以系统验证密封合理性和可靠性；在批量交付出厂前，也会通过100%进行例行试验确认。