機車齒輪感應熱處理現(xiàn)狀及展望

時間：2010-07-26 13:08:03 來源：機械論壇作者：

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(chǎn)質(zhì)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(yè)協(xié)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(nèi)機車工業(yè)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(jīng)40年的發(fā)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(xiàn)狀
1.技術現(xiàn)狀
    國內(nèi)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(nèi)機車感應齒輪生產(chǎn)廠家經(jīng)歷了淬火工藝摸索、批量生產(chǎn)國產(chǎn)120km/h 以下機車齒輪、進口機車齒輪國產(chǎn)化等階段，工藝得到逐漸穩(wěn)定。自90年代中期以來，隨著鐵路工業(yè)的迅速發(fā)展，機車運行速度及牽引噸數(shù)逐年提高，感應齒輪服役期故障率逐步上升，突出表現(xiàn)在齒輪全齒寬范圍內(nèi)兩端未硬化，使用過程中產(chǎn)生彎曲疲勞裂紋，經(jīng)過最近幾年的研究摸索，相關廠家采用新工藝后，已實現(xiàn)齒輪全齒寬范圍內(nèi)硬化。
    現(xiàn)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(xiàn)狀
    （1）機床現(xiàn)國內(nèi)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(shù)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(wěn)定性差，已不能滿足齒輪生產(chǎn)的要求，必須更新?lián)Q代；第2代淬火機床現(xiàn)僅有1臺，于2004年投入使用，基本滿足生產(chǎn)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(fā)電機（組），少數(shù)廠家曾試用過國產(chǎn)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(tài)IGBT中頻電源在國內(nèi)機車齒輪感應熱處理行業(yè)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(qū)域應力分布情況未作深入研究。
    （4）模數(shù)6mm以下城軌、地鐵機車感應齒輪雙頻淬火是發(fā)展潮流，但雙頻淬火仍停留于調(diào)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(nèi)機車齒輪生產(chǎn)廠家感應淬火機床普遍老化，CNC數(shù)控、絲桿侍服電機精確走行、在線實時監(jiān)控等技術均未采用。而許多國內(nèi)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(fā)電機（組），而全固態(tài)IGBT中頻電源在鐵道行業(yè)未有成功運用經(jīng)歷。
    （3）重熱輕冷，忽視冷卻介質(zhì)對淬火質(zhì)量的影響，現(xiàn)國內(nèi)機車感應齒輪生產(chǎn)廠家仍將機油作為主要淬火介質(zhì)，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(zhì)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(chǎn)質(zhì)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(yè)協(xié)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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