关于CDC-16道岔捣固车发动机高速轴断裂原因的浅析

谢中将

摘要：道岔捣固车是铁路施工尤其是维修施工中必不可少的一种大型养路机械设备，道岔捣固时为了增加道床上和钢轨的牢固性和稳定性，道岔捣固车其中最重要的组成部分是发动机，本文简单分析了引起CDC-16捣固车发动机高速轴断裂的几个因素，并提出降低高速轴故障的几点建议，对提高CDC-16捣固车高速轴的使用寿命进行探讨。

关键词：CDC-16捣固车发动机；高速轴；弹性联轴器；使用寿命

一、前言

CD08-475型道岔捣固车，主要由转向架、车架、牵引装置、前后司机室、多方向捣固装置、枕端夯实装置、起拨道装置、工作小车和动力轮对、测量系统、液压系统、电气系统、气动系统、动力传动系统、制动系统及材料小车等部分组成。本车采用液力机械传动和静液压传动两套传动方式，分别满足高速走行和作业走行的不同要求。由于其设计方针是应对道岔及复杂线路的作业工况，因此道岔捣固车是工务部门不可或缺的大型养路机械，适用于各种线路及复杂站场的捣固作业。

CD08-475型道岔捣固车作业走行车轴齿轮箱与液压马达连接在一起，通过箱体内主、从动齿轮的啮合或分离，来满足作业走行或高速走行的要求。箱体通过扭力臂支撑悬挂在转向架构架上。

二、问题情况

道岔捣固车是依靠柴油发动机作为动力源，为动力传动系统提供转速、扭矩的动力输出，并通过动力传动系统最终实现CD08-475型道岔捣固车的走行、作业等功能。道岔发动机采用的是弹性联轴器，它的主要任务是连接传动轴，将发动机扭矩向下传递。弹性联轴器依靠橡胶元件来减缓发动机动力输出过程中的机械冲击，其性能特点完全符合捣固车动力传递的特殊性。

根据统计，道岔捣固车的发动机在一个大修周期内平均要更换两次及以上弹性联轴器，由此可见道岔捣固车发动机高速轴中的弹性联轴器故障率是较高的，远远低于其设计使用寿命。

三、检查分析

发动机高速轴的常见的故障就是弹性联轴器的故障，我们几次对发动机高速轴中的弹性联轴器的故障案例进行分析，发现弹性联轴器损坏均是由于橡胶元件开裂、脱落而引起的。在故障发生时在发动机飞轮处会出现较大的冒烟并伴有刺鼻的橡胶烧焦味，进而造成整车动力丧失。针对这一情况我们认真分析了道岔捣固车弹性联轴器的使用及安装环境，发现道岔捣固车弹性联轴器的安装与其他车型有以下几个方面的不同：

1.道岔捣固车高速轴的安装方式与其他捣固车略微不同，采用非水平状态安装，发动机与ZF变速箱之间大致呈10度角倾斜，而其他车型发动机与ZF变速箱之间的高速轴基本呈水平状态安装。

我们翻阅相关的文献资料，发现“万向轴主动轴与被动轴的夹角愈大，则被动轴的转速愈不均匀，因而引起的冲击振动和附加扭矩也愈大”。道岔捣固车的传动轴主动角与被动角之间的夹角远远大于其他车型，造成的传动轴冲击振动和附加扭矩势必大大高于其他车型，并且这些振动和扭矩将直接作用于弹性联轴器。长期处于这种高强度振动和附加扭矩环境下，联轴器橡胶元件容易产生疲劳开裂，进而引起故障损坏。

2.传动轴周围仓壁有锂基酯飞溅现象，判断传动轴万向节油封密封易损，造成油脂损失较快，万向节磨损，万向节为刚性异步式，允许传动轴前后两传动部件因制造、安装误差或工作过程中的变形等引起两轴线在一定限度内的偏移、角度变化，但是超过一定限度还是会磨损较厉害。

捣固车的高速轴为十字节万向传动轴，十字节中间有润滑油注油孔，按照保养规定，发动机每运转50小时需要注油一次。但是相同结构的传动轴为何在其他车型传动轴出现油脂飞溅的情况较少呢？经过分析发现，道岔捣固车的发动机仓不同于其他车型，基本为全包围的隔音型仓室，与其他车型半敞开式发动机仓有较大区别，包围式隔音仓室的散热效果远远低于敞开式，高速轴长期处于高速，高温的工作环境中，万向节油封容易受热失效，并且万向节中的锂基脂受高温影响流动性变强，极易从万向节油封中甩出，润滑效果变差，万向节易磨损进而造成传动轴出现抖动。

3、传动轴动平衡状态不能准确掌握，现场判断能力不强。

传动轴高速轴转动时由于离心力的作用会产生轴向不平衡，为了消除这个不平衡量，传动轴在出厂前均应进行动平衡的检验，利用增加平衡块来消除轴向不平衡，减少传动轴的震动。但是由于我们的传动轴在日常安装和使用过程中不断的拆卸、安装，动平衡状态容易被破坏，进而引起传动轴的震动，加剧弹性联轴器的损害。由于机组在日常工作中无法判断传动轴动平衡是否正常，而且目前在传动轴拆卸和检查后没有进行动平衡检查这一项目，因此这个问题的原因较为隐蔽，容易被忽视。

四、分析总结

从以上三点可以看出，联轴器在日常工作中的工况是非常恶劣的，受到传动轴夹角造成的震动、动平衡不准确造成的震动以及发动机曲轴产生的扭力等多种力的复合作用，橡胶元件长期处于疲劳状态，极易造成橡胶元件损坏。这其中传动轴非水平安装的问题是导致联轴器过早损坏的重要原因，因此要想彻底的消除这个故障隐患，只能从传动轴安装位置重新布局方面去解决。但是受到车身结构设计所限制，所以这个故障隐患将始终伴随着道岔捣固车。所以我们只能从侧面去预防这个问题，进而延长联轴器和高速轴的使用寿命。检修作业过程中要增加传动轴动平衡项目，减少因动平衡问题造成的传动轴震动，同时机组必须要做到定期检查弹性联轴器和发动机高速轴，按规定进行万向节润滑油脂加注，在日常使用过程中如发现发动机抖动加剧、杂音增大、联轴器处有胶块掉落的迹象时应立即停机拆卸检查，提前进行更换，防止故障进一步恶化，在更换传动轴时要尽量注意传动轴动平衡状态，并在日常的施工和保养中做到勤清洗，勤检查，勤紧固，勤调整。每工作500小时后对各传动轴和高速轴务必进行探伤检查，对橡胶减震器进行性能的实验，对易损件和有暗伤的高速轴做好及时的更换。

参考文献：

[1]《抄平起拨道捣固车》，作者：韩志青，唐定全，中国铁道出版社，2001年。

[2]《CD08-475型道岔捣固车的运用与保养》，作者：毛必显，苏公彬，西南交大出版社，2007年。

作者简介：

谢中将（1986-），男，浙江，汉，本科，助理工程师，上海大型养路机械运用检修段。