зубчатые колеса локомотивов

Когда говорят про зубчатые колеса локомотивов, часто представляют этакие штуковины из учебников по сопромату — ровные зубья, идеальные зазоры. А на деле-то в тепловозном цеху после обкатки шестерня выглядит как репа после морозной зимы — местами подплавлена, где-то следы усталостных трещин. Вот этот разрыв между теорией и практикой и есть наша ежедневная работа.

Почему стандартные решения не работают

Брали как-то серийные зубчатые пары для маневрового тепловоза ЧМЭ3 — вроде бы по ГОСТу всё, твердость 58-62 HRC. Через полгода эксплуатации на сортировочной горке появился характерный вой на высоких оборотах. Вскрыли — а там выкрашивание по пятну контакта. Оказалось, при частых реверсах стандартный профиль зуба не успевает перераспределять масляную пленку.

Тут важно не путать усталостное разрушение с абразивным износом. В первом случае виноваты цикличные нагрузки, во втором — плохая фильтрация масла или тот же пескосдув. У нас на ТЭП70 как-то за сезон работы в казахстанских степях шестерни приходили в негодность из-за абразива — песок просачивался даже через исправные фильтры.

Сейчас многие переходят на зубья с модифицированным эвольвентным профилем, но и тут есть нюанс: при неправильной термообработке поверхностное упрочнение дает концентрацию напряжений у основания зуба. Помню, на электровозе ВЛ80с пришлось экстренно менять пару после 15 тыс. км — трещины пошли именно от ножки зуба.

Технологические компромиссы при изготовлении

Завод ?Цзыян Синлида Редукторное оборудование? (https://www.xld-russia.ru) в своих каталогах указывает ресурс 1.2 млн км для локомотивных зубчатых колес. Но эта цифра справедлива только при соблюдении трех условий: правильная обкатка, своевременная замена масла и отсутствие перегрузок по моменту. На практике же наши машинисты часто включают тягу на полную при трогании с влажными рельсами — отсюда и ударные нагрузки.

Лично видел, как на предприятии в Цзыяне тестируют зубчатые передачи — там стоит специальный стенд с циклическим изменением крутящего момента. Интересно, что они используют не сквозную закалку, а поверхностную с последующей дробеструйной обработкой. Говорят, это снижает риск коробления крупногабаритных колес.

Кстати про размеры: для грузовых локомотивов диаметр ведомой шестерни бывает до 1200 мм. При такой массе даже незначительная неравномерность нагрева в печи приводит к эллипсности. Поэтому на том же заводе применяют ступенчатый режим термообработки — сначала нормализация, потом закалка в двух средах, отпуск. Но и это не панацея — при транспортировке все равно возникают микродеформации.

Монтажные тонкости, о которых не пишут в инструкциях

По технологии посадка зубчатого колеса на вал должна быть с натягом 0.03-0.05 мм. Но когда собирали передачу для 2ТЭ116, обнаружили любопытную вещь: после запрессовки и фиксации стопорными кольцами натяг неравномерный по длине ступицы. Пришлось разрабатывать специальный инструмент для контроля контактного пятна — обычной краской по Приневичу тут не обойдешься.

Еще важный момент — ориентация зубьев при установке. Если ведущая и ведомая шестерни имеют косозубые зубья, то направление винтовых линий должно быть встречным. Казалось бы, элементарно? Но на ремонтном заводе в Новочеркасске как-то собрали передачу с параллельными наклонами — через 200 км работы появилась вибрация, пришлось останавливать локомотив.

Сейчас многие используют лазерную юстировку при сборке, но старые мастера до сих пор применяют стрелочные индикаторы с ценой деления 0.01 мм. Говорят, что электроника не чувствует ?упругости? конструкции — а ведь вал под нагрузкой прогибается иногда на доли миллиметра, что критично для контактного пятна.

Реальные случаи из эксплуатации

В 2018 году на участке Москва-Санкт-Петербург был случай массового выхода из строя зубчатых пар у электровозов ЭП20. Расследование показало, что виноват не производитель, а изменение режима работы — стали чаще использовать электрическое торможение, что привело к знакопеременным нагрузкам. Производитель, кстати, был как раз ?Цзыян Синлида? — они потом оперативно доработали технологию упрочнения.

А вот на тепловозах 2ТЭ25А ?Витязь? другая проблема — там шестерни работают в условиях повышенных температур из-за близкого расположения к дизелю. Пришлось совместно с инженерами завода разрабатывать специальную систему охлаждения масляной ванны. Интересно, что китайские коллеги предложили использовать не традиционные латунные, а бронзовые венцы для планетарных передач — сказался их опыт в судовых редукторах.

Кстати, на сайте xld-russia.ru есть технические бюллетени по случаям отказов — весьма полезные материалы, хотя и не все примеры применимы к нашим условиям эксплуатации. Например, их рекомендации по защите от коррозии в морском климате для Дальнего Востока пригодились, а вот советы по смазкам для пустынных регионов — не совсем.

Что в итоге имеет значение

За 25 лет работы с зубчатыми передачами локомотивов понял главное: не бывает универсальных решений. То, что работает на грузовых магистральных тепловозах, не подходит для маневровых или промышленных локомотивов. Даже в пределах одного депо разные машинисты ?убивают? зубья по-разному — кто-то плавно выводит тягу, кто-то рвет с места.

Сейчас многие гонятся за импортными комплектующими, но практика показывает, что те же китайские производители вроде ?Цзыян Синлида? давно научились делать надежные зубчатые колеса для наших условий. Главное — правильно сформулировать техзадание с учетом реальных, а не паспортных нагрузок.

В следующий раз расскажу про особенности ремонта шестерен методом наплавки — там тоже есть свои подводные камни, особенно с остаточными напряжениями. А пока советую посмотреть каталог на xld-russia.ru — там есть раздел по нестандартным решениям, который может натолкнуть на интересные технические идеи.