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P****R
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高速列车齿轮箱的可靠寿命问题初探
1.前言
300公里以上时速动车组的是高速列车动力传动的关键设备,也是动车组传动系统中最
重要的传动环节之一,对精度和可靠性的要求高,设计制造难度大,与行车安全有很大
关系。
这种高速齿轮箱实际上是一种高速运行的减速箱,例如,原北方集团CRH380B/C(L)高速
列车的大小齿轮的齿数比是85:35。因为变频动力电机在300-380公里时速下萁运行转速
可达5000-6000转/分。车轮直径860mm左右。齿轮箱是通过从动大齿轮的内孔和两组高
速滚动轴承固定在转向架的车轮轴上。而变频动力电机是国定在转向架上,在运行过程
中,由于轨道并非处于绝对平顺状态,加诸轨道的刚度和阻尼系数也不是绝对均匀。为
保证旅客的舒适性,列车车身和转向架之间设有弹性阻尼垫和空气弹簧等。在列车运行
时,列车车身和转向架都有随机振动,相互间有一定的三维振动位移和角位移。从而使
国定在转向架上的变频动力电机和套装在车轮轴上的齿轮箱之间,除了有静载荷外还有
随机动载荷。此随机动载荷还和齿轮箱小齿轮输出轴和变频动力电机的传动联接结构有
关。此外气候变化情况、列车启停、润滑、穿越或交会于隧道会给给齿轮箱中的有关零
部件带来附加载荷。一列高速动车组有8节列车,16个转向架,4-6节动力车箱,16-24
个高速齿轮箱。如果是长编组的,例如带(L)的是两列动车组串联成的列车,一列车
会有32-48个高速齿轮箱同时运行,对齿轮箱的可靠性要求更高。任何一个齿轮箱出现
故障。都会影响到高铁的安全准点运行。
本文除了介绍了高速列车齿轮箱的传动结构和载荷情况外,还对高速列车齿轮箱的故障
和作了简单分析。对高速列车齿轮箱200万公里寿命要求也作了分析。最后还提出几点
思考。
2.高速列车齿轮箱的故障及其分析
2014年8月11日“观察者”以“故障频发 中国弃用德国造高铁齿轮箱”为题发表报道说:
“在高铁齿轮箱供应领域的老牌资深劲旅德国福伊特公司,最近供应中国高铁车辆的零
配件屡屡出现质量问题,该公司的上海工厂也面临暂时停产整顿的尴尬。由于福伊特供
应中国高铁动车组车辆的齿轮箱,连续出现裂纹、热轴故障等多起问题,中国铁路总公
司已经要求车辆生产商暂停使用福伊特的新结构齿轮箱,而福伊特在上海生产高铁用齿
轮箱的工厂,也被要求暂时停产整顿。根据记者了解的情况,出现问题的齿轮箱,主要
安装在380B(L)动车组上,8月10日,380B(L)动车组的车辆生产商中国北车的一位
管理层对记者表示,目前公司在陆续更换福伊特的新结构齿轮箱,并在引进更多供应商
以分散风险。”
“此前,我国的高铁齿轮箱供应主要被国外制造商垄断,其中,德国福伊特就是高铁齿
轮箱领域老牌资深的供应商,有40多年的铁路齿轮箱生产经验,并且也向欧洲高铁ICE
供货。不过,这一来自“德国制造”的知名供应商,却在供应中国高铁车辆齿轮箱的过
程中,遇到了一系列麻烦。自2012年6月27日以来,运行在武广、京沪、哈大等高速客
运专线的CRH380BBLCL动车组福伊特齿轮箱,就累计发生箱体裂纹故障45起。为解决这
一问题,今年年初开始,中国北车方面根据“中国铁路总公司运辆动车函[2013]495号
”文件的要求,在CRH380B(L)出厂动车组安装了100多套福伊特新结构齿轮箱。
不过,刚刚安装上的新结构齿轮箱,在六七月份又接连出现问题。根据记者获得的一份
来自中国铁路总公司的每周安全情况分析报告,2014年6月21日,广铁集团配属的
CRH380B-6435L车组,就在执行西安北-广州南运输时, 06车报齿轮轴承达到过热限制
。通过入库进一步检查发现,CRH380B-6435L车组更换的新结构齿轮箱,均存在输出端
车轮侧圆锥滚子轴承、迷宫环、防水挡圈、迷宫盖磨损现象。而在此之前,福伊特的新
结构齿轮箱已经累计发生过热轴故障7起。
7月7日,哈尔滨局哈大高铁G49次动车组(CRH380B-6326号)的齿轮箱,再次出现温度
过高问题,为确保动车组运行安全,G49次哈尔滨西站终到后更换热备动车组担当后续
交路。这一动车组,也是刚刚在6月21日才将全列16个齿轮箱更换为新结构福伊特齿轮
箱。7月13日,沈阳局哈大高铁G325次动车组(CRH380B-6326),再次发生动车组新结
构齿轮箱轴承发热问题。通过对故障齿轮箱分解发现,车轮侧齿轮箱轴承保持架已经热
熔破碎,轴承滚子绝大部分热熔变形,并散落在大齿轮箱箱体内,大部分滚子及保持架
已脱离内圈,脱至齿轮箱内部,在列车高速运行时与大、小齿轮刮碰后破碎。”
据上述报道说,前北车集团已经改用德国弗兰德公司的高速齿轮箱。还考虑了另一家德
国的采埃弗公司。由于前北车集团对伏伊特公司还有期待。原北车集团的唐山、长春两
家目前的情况未见报道。
根据上述,自2012年6月至2013年底一年半左右出现箱体裂纹故障45起;从2014年初到
同年8月,上海福伊特(德国)公司的行“新结构”高速齿轮箱累计发生热轴故障7起,
最严重的是车轮侧齿轮箱轴承保持架已经热熔破碎、轴承滚子绝大部分热熔变形并脱离
内圈,脱至齿轮箱内部
齿轮对嚙合部后破碎。
据作者的分析,齿轮箱的设计者(含CRH380B(L)动车组的设计者)对高速齿轮箱的载
荷工况和工作环境不甚了解,对箱体材料、工艺、齿轮箱体的动负荷、热应力、润滑系
统、锥柱滚动轴承的质量寿命和齿轮箱内部的洁净度和箱体密封等等众多原因,完全盲
目依靠著名外商,比较被动。目前如何解决。近两年来未见报道。
3.高速列车齿轮箱国产化进展
原南方集团下属的戚墅堰机车厂工艺研究所(下称戚研所)在十二五规划中,把高速列
车的高速齿轮箱的国产化用产学研结合的方式列入了国家基础件攻关计划。
2015年6月11日中国中车集团发布消息称:“由中国中车旗下公司戚墅堰所自主研制的
CRH380B高寒动车组齿轮箱通过了30万公里运营考核,这标志着我国高速动车组齿轮驱
动装置自主研发再获重大突破,为我国高铁走出去增添了新的砝码。CRH380B高寒动车
组由中国中车旗下公司长春轨道客车股份有限公司研制,主要运行在哈大高速客专上,
根据最近30年的气象记录,中国东北三省冬季极端最低温度达零下40℃,全年温差达到
80℃,是中国最寒冷、也是温差最大的地区。
戚墅堰所为应对恶劣的运营环境,对高寒动车组齿轮箱专门进行了设计优化和仿真分析
,采用耐低温性能更加优良的齿轮和箱体材料,保证轴承在低温工况的可靠性。经过历
时9个月的线路运营考核,由中铁检验认证中心、铁科院金化所、沈阳铁路局、长春轨
道客车股份有限公司等单位人员组成的专家组一致认定:国产高寒齿轮箱运用状态良好
,满足线路运营要求。”
早在2014年戚研所研制的CRH380A高速动车组的高速齿轮箱已经通过了30万公里的运行
考核。由于CRH380B和CRH380A是分属于原北车集团和南车集团。说明南方集团下属的戚
研所在这高速齿轮箱的研制上能力比较强,但这两种型号的齿轮箱能否达到重大装备基
础件科技攻关的200万公里的目标有待进一步观察和考核。
4.高速列车齿轮箱200万公里寿命要求分析
200万公里的寿命一般理解为平均值,即一个齿轮箱要求累计运行时间为200万公里;其
次,齿轮箱是可修理的产品,部分零部件的失效可以更换,这对齿轮箱而言它是一个故
障。所以,对齿轮箱的报废的故障,要作出一个规定。一般意义上某台齿轮箱报废时的
累计运行时间,即作为寿命考核数据的一个数据。若干个寿命数据和仍完好的齿轮箱数
目可组成一个样本。第三,寿命数据是有随机性的,会有分散性的。如果分散性大,说
明还没有控制好一些关键问题。如上述的齿轮箱体裂纹、车轮端齿轮箱轴承发热问题。
如何验收是一个大问题。要考核多少台?分布参数是什么?这样的攻关管理才比较扎实
,实事求是,这是最重要的。也是当前我国科技管理中需要加强和改进之处。
5.几点思考
(1)为保障高铁列车的安全准点运行,对类似于像高速齿轮箱的关键部件的国产化要给于
高度重视,在齿轮箱这个问题上,原北车集团在齿轮箱以为福伊特集团已经在上海建立了
专门制造传动件的分公司,就实现了国产化。绝没有想到会出现如此被动的局面。相反
,原南车集团较早时就很重视齿轮箱的国产化研究,终于取得了很大的进展。但是否完
成了十二五国家重大装备基础件攻关计划的200万公里的寿命指标,因未见报导,如果
在京沪线上每天来回一次,也要经过25个月。这和速度无关。但2011年高铁追尾事故后
,高铁运行速度已经降为时速300公里,即使达到了攻关指标,也不能推断该齿轮箱能
以380公里时速能够运行200万公里。一台齿轮箱只能说明有可能,不能证明批量生产的
可以达到200万公里的使用寿命。
(2)高速铁路的安全准点要建立在可靠性维修性和维修保障性管理的基础上。首先中
铁总公司要建立非正常事件报告和分析系统。中铁总公司各个下属铁路局都要建立非正
常事件数据库。每天的列车延误次数和原因、运行和检修中发现的故障都要按规定格式
报告和录入数据库。媒体信息(1)就是记者获得的一份来自中铁总公司的每周安全情
况分析报告为信息源采编成的。此数据库似乎应由中铁总公司下属综合司(局)负责建
立和维护。这是一个非常复杂和难搞的事。没有若干年的努力是搞不成的。首先中铁总
的最高层要决策此事。
(3)高铁高速齿轮箱的技术攻关应该坚决持续地搞下去,200万公里的使用寿命有多少
的可靠度?如果是平均寿命并且很分散,那么可靠度只有50%,即只有一半的齿轮箱可
以用到200万公里未报废。要提高200万公里的使用寿命的可靠度,还要做许多深入细致
的试验研究。其中,齿轮箱及其部件的载荷谱,静载荷、随机振动载荷谱、热应力载荷
谱等,必要时应该用高铁检测车做齿轮箱的温度场和动应力测试,用来和模拟计算的结
果对比分析,以改进模拟计算模型和边界条件。
齿轮箱轴承其是否是进口并不清楚,但从2014年5月8日中国工业报关于“高速铁路轴承
国产化现曙光”报导来看,高速铁路轴承的国产化也还未实际运行,在十二五国家科技
攻关中“高速铁路轴承样品完成了最高性能试验转速420km/h,耐久性试验达到80万km
,样品已通过国家轴承质量监督检验中心、青岛四方车辆研究所有限公司等机构检测”
。课题负责单位“洛阳轴研科技公司梁波董事长表示要再接再厉,早日实现国产高速铁
路轴承应用。”
其它如箱体材料和工艺,温度场和热应力模拟计算模型的建立和计算方法,铸造材料的
热应力疲劳性能,铸造箱体的残余应力测量和控制,润滑系统(包含洁净度)等都要深
入研究。
报废齿轮箱的失效分析也是一项非常重要的综合分析工作。
(4)在深入研究的基础上谨慎地研制成的新结构齿轮箱一方面可以考虑进行出厂跑合
后装车试运行,另一方面可以考虑建立一个齿轮箱的加速寿命试验台。对后者的要求是:
●按照传统的齿轮箱寿命试验台都是采用封闭式的,可以用准确的扭力扳手控制传动扭
矩。也可以考虑可调扭矩液力离合器;
●这个齿轮加速寿命试验要求被测试的齿轮箱基本上可模拟实际工况,但可以强化,以
实现加速。可以强化的参数是:①传动扭矩;②启动扭矩;③和列车时速相对应的转速
;④环境温度;⑤风速;⑥各对应支承点的随机振动参数;⑦静载荷(车箱自重)等。
●整个台架要坚固,有足够的刚度,要避开试验系统中可能产生的任何振动模态。
●试验台要建立在这项加速试验攻关项目的总负责单位里。
●试验台一定是一个有计算机控制的系统,可仔细监测和显示各个重要部位试验状态。
●要有足够的经费支持。
●在试验台架上能够实现“实际运行中致命故障提前再现”是试验台设计成功的标志。
此试验台可以顺便对车轮轴承进行强化试验。
(5)目前,整个社会和科技界空气浮躁,规模大一些周期长一些的深入研究很难开展。
6.参考文献和媒体信息
(1)故障频发 中国弃用德国造高铁齿轮箱,2014年8月11日,出处:观察者,编辑:娄
斌;
(2)中国高铁齿轮箱技术获重大突破2014年12月3日,来源:新华网;记者齐中熙;
(3)高速动车组牵引齿轮国产化研究,“冷热工艺”杂志2013年1期,第一作者是戚墅堰
所王文涛,豆丁网
P****R
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2
原来齿轮箱寿命以200万公里运行为标准。
怪不得国内的自主技术国产齿轮箱用30万公里或60万公里运行来骗包子。
l********o
发帖数: 5629
3
这个东西最后只能指望日本,但是日本人不愿意生产。
德国人也只能做到这个水平,中国肯定是不行的。
中国人擅长的事情是大规模的奴隶血汗工厂,组装。
还有擅长做菜。
中国人真的无法生产这种材料要求很高的工业产品。

【在 P****R 的大作中提到】
: 原来齿轮箱寿命以200万公里运行为标准。
: 怪不得国内的自主技术国产齿轮箱用30万公里或60万公里运行来骗包子。

P****R
发帖数: 22479
4
所以中国芯中国心都是牛皮,不要当真,小将晚上睡不着当作安眠药吃吃。
=======
华为P10一到店,所有喝酒的人便都看着他笑,有的叫道,“华为P10,你又偷工减料了
!”华为P10睁大眼睛说,“你怎么这样凭空污人清白……”“什么清白?我亲眼见你
把闪存偷工减料,EMMC和UFS混着用。”华为P10便涨红了脸,额上的青筋条条绽出,争
辩道,“闪存速度不一样不能算偷工减料……爵士人生,要读写速度这么快做什么?”
接连便是难懂的话,什么“人像摄影大师”,什么“徕卡三镜头”、“18个月不卡顿”
之类,引得众人都哄笑起来:店内外充满了快活的空气。
m********5
发帖数: 17667
5
实际上在大功率高速这方面你们陆产齿轮箱更可靠,速度更高
不过啊,你们陆产的太昂贵了,产量低,只能出口给美国用,自己人只好用便宜的德国
箱。
你鳖当年大搞电站,在高速高功率齿轮箱方面积攒了远超世界的优势,可惜啊,电站能
用几台?所以虽然你鳖的齿轮箱可靠性奇高,但是重量大,成本高,自己除了电站上,
居然用不起,只能出口。
日本擅长的是精密齿轮箱,领域不太一样

【在 l********o 的大作中提到】
: 这个东西最后只能指望日本,但是日本人不愿意生产。
: 德国人也只能做到这个水平,中国肯定是不行的。
: 中国人擅长的事情是大规模的奴隶血汗工厂,组装。
: 还有擅长做菜。
: 中国人真的无法生产这种材料要求很高的工业产品。

l********o
发帖数: 5629
6
重量大,成本高就是材料和技术不过关啊。
傻大粗苯大家都会搞。

【在 m********5 的大作中提到】
: 实际上在大功率高速这方面你们陆产齿轮箱更可靠,速度更高
: 不过啊,你们陆产的太昂贵了,产量低,只能出口给美国用,自己人只好用便宜的德国
: 箱。
: 你鳖当年大搞电站,在高速高功率齿轮箱方面积攒了远超世界的优势,可惜啊,电站能
: 用几台?所以虽然你鳖的齿轮箱可靠性奇高,但是重量大,成本高,自己除了电站上,
: 居然用不起,只能出口。
: 日本擅长的是精密齿轮箱,领域不太一样

m********5
发帖数: 17667
7
错,你鳖技术绝对世界第一,不然美帝也不可能高价进口,绝对的高价,比德国货日本
货价格都高出不少。
重量大是相对的,只是说不能用在航空上,轨道车用完全没问题
成本高是因为技术路线的原因,不能大批量生产,因为当初的应用范围本来就不需要。
技术上,你鳖没问题,材料能不能过关,很大程度上也取决于设计目的,对于这种大众
材料,你鳖应该没啥问题,关键是成本。在你鳖突破汽车制造其他瓶颈之前,轻质量产
型中端齿轮箱大规模生产是没有意义的,说白了现在的汽车设计是背靠日本和欧洲的物
料资源以及技术储备的,中国要突破必须建立一整套背靠自己物料资源和技术储备的产
业链,比如对别人很便宜的添加剂,你中国就不产,如果要自己设计配方那么一整套生
产设备就都不能用,必须自己重头设计,这不是几年能办到的,不过你鳖速度已经够快
了,你们老骂,可能是因为自身的行业知识局限造成的。

【在 l********o 的大作中提到】
: 重量大,成本高就是材料和技术不过关啊。
: 傻大粗苯大家都会搞。

P****R
发帖数: 22479
8
看来窝鳖什么关键技术都进口是无所谓。

【在 m********5 的大作中提到】
: 错,你鳖技术绝对世界第一,不然美帝也不可能高价进口,绝对的高价,比德国货日本
: 货价格都高出不少。
: 重量大是相对的,只是说不能用在航空上,轨道车用完全没问题
: 成本高是因为技术路线的原因,不能大批量生产,因为当初的应用范围本来就不需要。
: 技术上,你鳖没问题,材料能不能过关,很大程度上也取决于设计目的,对于这种大众
: 材料,你鳖应该没啥问题,关键是成本。在你鳖突破汽车制造其他瓶颈之前,轻质量产
: 型中端齿轮箱大规模生产是没有意义的,说白了现在的汽车设计是背靠日本和欧洲的物
: 料资源以及技术储备的,中国要突破必须建立一整套背靠自己物料资源和技术储备的产
: 业链,比如对别人很便宜的添加剂,你中国就不产,如果要自己设计配方那么一整套生
: 产设备就都不能用,必须自己重头设计,这不是几年能办到的,不过你鳖速度已经够快

t******s
发帖数: 61
9
丹姐你个学历史的外行就不要来被打脸了。你知道什么是齿轮吗?你知道齿轮有多少个
齿吗?你知道世界上齿轮最少的有几个齿吗?你知道世界上最少齿的齿轮产自哪个国家
吗?

【在 P****R 的大作中提到】
: 看来窝鳖什么关键技术都进口是无所谓。
P****R
发帖数: 22479
10
我知道土鳖用进口齿轮,然后吹嘘是国产化。

【在 t******s 的大作中提到】
: 丹姐你个学历史的外行就不要来被打脸了。你知道什么是齿轮吗?你知道齿轮有多少个
: 齿吗?你知道世界上齿轮最少的有几个齿吗?你知道世界上最少齿的齿轮产自哪个国家
: 吗?

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