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齒輪感應熱處理專題一:機車齒輪感應熱處理現狀及展望  2007/4/16 
 
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在更新控制精度高、自動化程度高的淬火設備后,機車齒輪生產質量、效率有望進一步提高。雙頻淬火設備在推廣的同時需要完成地鐵、城軌機車齒輪的驗證工作。行業協會可爭取立項,組織相關單位完善機車感應齒輪的基礎研究工作,如硬化層應力分布、疲勞強度的測定。

    感應加熱技術在國內機車工業上的運用源于20世紀60年代。機車感應淬火齒輪一般要求硬化層深2~4mm,硬度52~60HRC。歷經40年的發展,感應淬火機車齒輪廣泛應用于200km/h以下的客、貨運機車(DF、SS系列等)及城市輕軌、地鐵機車,并應用于替代進口機車齒輪。

    一、 機車齒輪感應熱處理的現狀

    1.技術現狀

    國內各廠家均采用中頻埋油沿齒廓淬火工藝。自20世紀70年代至90年代中期,國內機車感應齒輪生產廠家經歷了淬火工藝摸索、批量生產國產120km/h以下機車齒輪、進口機車齒輪國產化等階段,工藝得到逐漸穩定。自90年代中期以來,隨著鐵路工業的迅速發展,機車運行速度及牽引噸數逐年提高,感應齒輪服役期故障率逐步上升,突出表現在齒輪全齒寬范圍內兩端未硬化,使用過程中產生彎曲疲勞裂紋,經過最近幾年的研究摸索,相關廠家采用新工藝后,已實現齒輪全齒寬范圍內硬化。

    現機車用感應齒輪使用速度已由80~100km/h提高至140~160km/h,壽命由初期的40萬km提高到100萬km以上。

    2.裝備現狀

    (1)機床 現國內各廠家機床裝備水平參差不齊,第1代液壓升降、無限位、淬火變壓器半潛式機床,第1.5代液壓升降、有限位、PLC控制機床,以及第2代絲桿步進電機升降、半數控控制機床并存。第1代機床仍然占主導地位,由于第1代機床仍沿用60年代末的設計,定位精度差、穩定性差,已不能滿足齒輪生產的要求,必須更新換代;第2代淬火機床現僅有1臺,于2004年投入使用,基本滿足生產要求,但在技術水平上仍未能達到同期通用淬火機床的技術水平。

    (2)電源 淬火電源仍然使用機式中頻發電機(組),少數廠家曾試用過國產晶閘管中頻電源,但由于可靠性不佳,未能推廣,第3代全固態IGBT中頻電源在國內機車齒輪感應熱處理行業未能運用。

    二、 機車齒輪感應熱處理存在的問題

    1.基礎研究嚴重不足

    (1)使用速度160km/h以下齒輪的設計理論儲備較多,而對于速度160km/h以上機車能否使用感應齒輪在理論上仍處于空白階段。

    (2)感應齒輪未進行實物接觸、彎曲疲勞強度試驗論證,以致于齒輪使用壽命不能精確預估。

    (3)對感應齒輪硬化層區域應力分布情況未作深入研究。

    (4)模數6mm以下城軌、地鐵機車感應齒輪雙頻淬火是發展潮流,但雙頻淬火仍停留于調研階段,設計人員對雙頻淬火齒輪運用范圍、使用壽命等方面存在諸多盲點,未能開展雙頻淬火齒輪的試驗臺實物試驗驗證。

    2.設備老化

    (1)國內機車齒輪生產廠家感應淬火機床普遍老化,CNC數控、絲桿侍服電機精確走行、在線實時監控等技術均未采用。而許多國內感應設備制造廠家齒輪淬火機床仍停留于10年前的技術水平。

    (2)中頻電源仍然為機式中頻發電機(組),而全固態IGBT中頻電源在鐵道行業未有成功運用經歷。

    (3)重熱輕冷,忽視冷卻介質對淬火質量的影響,現國內機車感應齒輪生產廠家仍將機油作為主要淬火介質,輪齒齒面硬度分布不理想。

    (4)齒輪冷熱加工配合不夠,忽視倒角大小、形狀及齒根粗糙度、齒根圓弧形狀等機加工項點對感應加熱及最終質量的影響。

    三、 機車齒輪感應熱處理展望

    (1)在更新控制精度高、自動化程度高的淬火設備后,機車齒輪生產質量、效率有望進一步提高。

    (2)雙頻淬火設備在推廣的同時需要完成地鐵、城軌機車齒輪的驗證工作。

    (3)行業協會可爭取立項,組織相關單位完善機車感應齒輪的基礎研究工作,如硬化層應力分布、疲勞強度的測定。

 
 
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