高速动车组齿轮箱箱体振动特性研究结果

高速轨道交通系统是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年》的优先主题之一，而安全性与可靠性问题则是轨道交通研究的核心内容之一[1]。近几年在国家大力支持下，我国高速铁路蓬勃发展，很多关键性技术研究取得了丰硕成果，并逐步形成了具有自主知识产权的高速动车组车体、转向架研制与试验技术，这些研究成果使我国高速列车技术水平位于世界前列。

高速列车牵引传动系统通常由牵引电动机、齿轮箱系统和联轴器等组成。齿轮箱系统主要由两部分组成：一是由齿轮副、传动轴等组成的传动系统；二是由轴承、箱体等组成的结构系统。它是一个复杂的弹性机械系统，同时也是高速动车组十大配套技术之一。作为高速动车组牵引传动系统的关键件，齿轮箱的主要功能是将驱动电机功率按照一定的比例传递给轮对，进而带动列车运行。随着列车运行速度的提高，高速运行下列车动力学性能更易受到各种复杂因素的影响，如车轮不圆顺与钢轨耦合动力学性能的复杂化，使得高速列车振动加速度的频率范围已明显高于传统机车车辆。

通常国内动车组线路常规运营速度在200～300km/h，2017年“复兴号”动车组成功实现350km/h的运营速度，而更高运营速度的高速动车组正在研究中。随着动车组运行速度的提升，齿轮箱系统的运行环境将变得更加复杂，其所承受的内外载荷激扰也将对其安全稳定运行产生更大的影响。轮轨激扰力将是其主要的外部激扰因素。动车组车轮不圆顺缺陷或线路钢轨不平顺造成轮轨耦合作用力呈现高频周期性变化会加剧轮轨间振动冲击，使齿轮箱箱体发生明显的异常振动行为，这些因素都会直接影响齿轮箱箱体的强度，导致齿轮箱箱体出现故障[2]。齿轮箱系统位于动车的下部，悬挂于动轴上，在车辆正常运行过程中直接承受轮轨间的各种振动和冲击载荷，工作环境相当恶劣[3]。齿轮箱传动齿轮在啮合过程中，要承受长时间的循环性交变载荷、振动及冲击，导致传动齿轮出现点蚀、磨损、接触疲劳与断裂及齿轮箱箱体出现裂纹等失效现象，会进一步恶化列车转向架动力学性能。如果齿轮箱箱体出现故障，将直接威胁到齿轮箱系统运行的安全性。目前高速列车齿轮箱箱体普遍的故障形式主要包括润滑油渗漏、齿轮箱箱体内润滑油温度过高、箱体内存在异物等，而最危险的失效形式则是箱体出现裂纹，它会严重威胁着高速动车组的安全运行。(www.xing528.com)

高速动车组在实际服役环境中出现的齿轮箱箱体裂纹故障是我国高速列车发展过程中出现的新问题和新挑战，而齿轮箱箱体在实际服役线路中的振动特性与其裂纹的产生有着极大关联性，且目前该问题尚处研究的初期阶段。因此，对其开展深入研究和分析具有重要的理论意义和工程实用价值。