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摘要：齿轮箱作为动车组转向架的重要组成部分，在动车行驶过程中扮演着重要的角色，发挥着重要的作用。齿轮箱的结构设计和质量标准直接影响动车在行驶过程中的稳定性以及安全性。因此，做好高速动车组齿轮箱的结构设计和质量标准具有重要的意义。本文主要以齿轮箱研究的重要性为主，进一步介绍了齿轮箱的结构设计、设计过程中的數字参考。
关键词：高速动车组;齿轮箱;展望
1齿轮箱研究的必要性
齿轮箱动力传动装置作为高速动车组重要的组成部分，质量的好坏、结构的设计等方面将直接影响到高速动车组的运行以及行驶过程中的安全性。CRH1、CRH2、CRH3、CRH5系列作为我国引进的重要产品，对高速列车运行具有重要的作用。目前，我国自主研发的CRH380B、CRH380D系列与国外引进的系列共同对高速动车的安全性和可靠性发挥着强大的作用，扮演着重要的角色。驱动装置是高速动车运行的核心部分之一。然而，目前我国高速动车的驱动装置仍需全部依靠对外进口，其来源商家主要有弗兰德、福伊特、安捷达、住友等多个知名驱动装置供应商。目前，高速动车组的齿轮箱主要依靠国外进口，由此一来使我国对国外技术产生了依赖，严重影响了我国高速列车组零件组成技术的发展。除此之外，我国以高额的价格购买齿轮箱，使高速动车组制作的成本上升。
2中国高速动车组齿轮箱的运用特点
中国高速铁路具有运量大、运用环境多样、运用工况复杂等特殊性，对齿轮箱温度控制、振动控制、密封润滑可靠性、寿命等提出了更多、更苛刻的要求。中国动车组齿轮箱面临的问题更加复杂、困难。
运用环境的复杂性——跨区域运行
中国高速动车组跨越了高寒、高温、高湿、多风沙等多气候条件区域。齿轮箱既要适应严寒，又要适应高温潮湿，风沙环境，在这样条件下运用的齿轮箱世界上绝无仅有。
运用工况的特殊性
（1）长大交路持续运行。中国高速动车组单程连续运营距离长，最长达两千多公里。例如北京至广州高铁单程最长2300公里，单程最短运行时间8小时。齿轮箱要有良好的温控能力，有效的监控措施、高可靠性来满足长大交路持续运行。（2）运营速度高。中国时速300公里及以上高速铁路里程世界最长，主要干线高速铁路均按最高运营速度350km/h设计，复兴号动车组在京沪高铁、京津城际以世界最高运营速度350km/h运行。齿轮箱既要保证在高速运营下密封润滑可靠、温度正常，又要解决高速运营下线路冲击振动大与产品轻量化间的矛盾等因素。（3）线路条件复杂。中国高速铁路坡道、桥梁、隧道等比例高，主要干线高速铁路均采用无砟轨道。据统计武广高铁全长1068.8公里，桥梁684座，隧道226座;西成高铁全长658公里，穿越秦岭山区地段总长135公里，隧道里程高达127公里，且有46公里25‰的长大坡度。桥隧、线路产生的气动力和机械振动对齿轮箱零部件磨损、疲劳、密封润滑等影响显著。（4）运量大。据统计2017年，平均每天超过400万名旅客乘坐高铁出行。高速动车组普遍长时间、长距离、大载荷运行。长期承受高负荷、轮轨间的大冲击对齿轮箱的强度、寿命、可靠性等提出了更高要求。
检修维护的特殊性——周期长
为提高动车组利用率，降低动车组运用维护成本，中国对动车组齿轮箱的检修维护周期提出了更高要求。齿轮箱需满足长寿命、运用维护便利、全寿命周期成本低等要求。复兴号等主型动车组齿轮箱分解检修周期不短于240万公里。
3中国高速动车组齿轮箱发展展望
产品和技术的发展都有其目的性，如获得市场订单，满足客户对产品性能、全寿命周期成本、使用方便性的需求，新技术的应用等，高铁齿轮箱技术后续将从更高性能提升、健康管理（PHM）、智能化，设计水平和手段提升，结合绿色、环保、经济的发展理念等方向发展。
对于高速动车组齿轮箱，高速是一个永恒的主题。目前动车组齿轮箱世界最高运营速度为350km/h，要想实现时速400km及以上的运营速度，势必要改变轴承型式、更精确合理控制润滑等来提升轴承工作转速，提高轮齿精度、优化修形等提升啮合平稳性，设计刚性更好的材料和结构来提升整体刚性，研究齿轮箱振动响应特性，并从设计源头降低外部振动载荷对传动平稳性的影响。
另外，针对特定线路、环境的项目也是今后一个时期的研发重点，比如说-50℃极高寒，高风沙，高海拔等环境下，就需要对齿轮箱的润滑密封，可靠性，以及特定条件的磨损受力件的失效情况着重研究，随着一带一路的需求增加，适应自动变轨距转向架的齿轮箱也是一个研发方向。
健康管理（PHM）对于齿轮箱来说也是一个必须开展的课题。虽然很多人都在做，但是真正具备条件的就是中国高铁，因为我们有足够的样本，不同齿轮箱、不同里程、不同线路、不同运用环境，足够多的在线数据和拆解数据等等。与此同时，随着各种传感技术的发展，将研究在适应目前运用、安装、列车控制等模式下，采用除温度外，增加振动、应力应变、油品在线监测等手段以得到更有效在线运用信息。大量的在线数据和有效的仿真、试验结合，将有助于建立更科学准确的健康模型。
未来我们有理由相信齿轮箱将是具备自检测、自诊断、自决策的智能产品，同时动车组轮对的运维方式也将发生变革，齿轮箱可以从现在的定期检修变为状态检修，这有利于延长检修周期，降低全寿命周期成本。
此外，可靠性设计水平也是重点研究方向。目前，齿轮箱试验过程包括线路试验和台架试验，线路试验时间长成本高，且受现场诸多因素限制，不一定与预期设定的要素完全吻合，而台架试验目前还有些局限，还不能很好的与现车状态吻合。仿真分析同样有类似的问题。针对高铁齿轮箱这种特殊运行条件的产品，在取得大量线路数据的同时，还应该研究实验装备和试验方法，如激振试验台来研究齿轮箱的振动响应规律;如轴承、齿轮等零部件试验台，来研究主要部件疲劳特性，磨损演变过程和不同阶段的表征。
与此同时，对仿真计算模型做进一步优化并匹配相关参数，真正做到台架试验完全代替线路试验，甚至通过仿真分析来代替台架试验，将大大降低设计周期和成本并提升产品可靠性。
绿色、环保、经济的发展理念同样是指导技术提升的准则，齿轮箱产品和技术的发展同样需要贯穿这些理念，如研究新的齿轮修形，提升精度，采用新的箱体涂层等方式降低噪音，采用更轻的、造价更低的材料替代现有材料，如镁合金箱体，采用更环保的涂装，更环保铸造热处理等工艺技术，如采用金属型代替砂型铸造等。
结论
综上所述，本文通过进一步分析高速动车组齿轮箱的结构设计特点以及材料需求等方面，设计出合理的低压铸造艺术。对齿轮箱出现的缩孔、缩松以及针孔等缺陷进行分析与判定，再利用MAGMAsoft软件等进行模拟处理，深入挖掘这些缺陷性的原因以及改善的措施。我国成功研制的CRH380A、CRH380B、350km/h中国标准动车组齿轮箱对我国高速动车组的发展产生重要的影响，目前已经实现批量的生产，具有稳定的质量。
参考文献
[1]朱小晶.轨道交通牵引齿轮箱试验技术研究[J].机械工程师，2017（11）.
[2]魏静，李震，孙伟，等.基于SIMP及应变能理论的高速动车齿轮箱结构优化[J].机械强度，2011，33（4）：558-564
[3]姚鑫.动力转向架齿轮箱加工工艺分析及对策[J].现代交际.2017（03）.
[4]董秀琦.低压及差压铸造理论与实践[M].北京：机械工业出版社，2003.
（作者单位：中车北京南口机械有限公司）
关键词：高速动车组;齿轮箱;展望
1齿轮箱研究的必要性
齿轮箱动力传动装置作为高速动车组重要的组成部分，质量的好坏、结构的设计等方面将直接影响到高速动车组的运行以及行驶过程中的安全性。CRH1、CRH2、CRH3、CRH5系列作为我国引进的重要产品，对高速列车运行具有重要的作用。目前，我国自主研发的CRH380B、CRH380D系列与国外引进的系列共同对高速动车的安全性和可靠性发挥着强大的作用，扮演着重要的角色。驱动装置是高速动车运行的核心部分之一。然而，目前我国高速动车的驱动装置仍需全部依靠对外进口，其来源商家主要有弗兰德、福伊特、安捷达、住友等多个知名驱动装置供应商。目前，高速动车组的齿轮箱主要依靠国外进口，由此一来使我国对国外技术产生了依赖，严重影响了我国高速列车组零件组成技术的发展。除此之外，我国以高额的价格购买齿轮箱，使高速动车组制作的成本上升。
2中国高速动车组齿轮箱的运用特点
中国高速铁路具有运量大、运用环境多样、运用工况复杂等特殊性，对齿轮箱温度控制、振动控制、密封润滑可靠性、寿命等提出了更多、更苛刻的要求。中国动车组齿轮箱面临的问题更加复杂、困难。
运用环境的复杂性——跨区域运行
中国高速动车组跨越了高寒、高温、高湿、多风沙等多气候条件区域。齿轮箱既要适应严寒，又要适应高温潮湿，风沙环境，在这样条件下运用的齿轮箱世界上绝无仅有。
运用工况的特殊性
（1）长大交路持续运行。中国高速动车组单程连续运营距离长，最长达两千多公里。例如北京至广州高铁单程最长2300公里，单程最短运行时间8小时。齿轮箱要有良好的温控能力，有效的监控措施、高可靠性来满足长大交路持续运行。（2）运营速度高。中国时速300公里及以上高速铁路里程世界最长，主要干线高速铁路均按最高运营速度350km/h设计，复兴号动车组在京沪高铁、京津城际以世界最高运营速度350km/h运行。齿轮箱既要保证在高速运营下密封润滑可靠、温度正常，又要解决高速运营下线路冲击振动大与产品轻量化间的矛盾等因素。（3）线路条件复杂。中国高速铁路坡道、桥梁、隧道等比例高，主要干线高速铁路均采用无砟轨道。据统计武广高铁全长1068.8公里，桥梁684座，隧道226座;西成高铁全长658公里，穿越秦岭山区地段总长135公里，隧道里程高达127公里，且有46公里25‰的长大坡度。桥隧、线路产生的气动力和机械振动对齿轮箱零部件磨损、疲劳、密封润滑等影响显著。（4）运量大。据统计2017年，平均每天超过400万名旅客乘坐高铁出行。高速动车组普遍长时间、长距离、大载荷运行。长期承受高负荷、轮轨间的大冲击对齿轮箱的强度、寿命、可靠性等提出了更高要求。
检修维护的特殊性——周期长
为提高动车组利用率，降低动车组运用维护成本，中国对动车组齿轮箱的检修维护周期提出了更高要求。齿轮箱需满足长寿命、运用维护便利、全寿命周期成本低等要求。复兴号等主型动车组齿轮箱分解检修周期不短于240万公里。
3中国高速动车组齿轮箱发展展望
产品和技术的发展都有其目的性，如获得市场订单，满足客户对产品性能、全寿命周期成本、使用方便性的需求，新技术的应用等，高铁齿轮箱技术后续将从更高性能提升、健康管理（PHM）、智能化，设计水平和手段提升，结合绿色、环保、经济的发展理念等方向发展。
对于高速动车组齿轮箱，高速是一个永恒的主题。目前动车组齿轮箱世界最高运营速度为350km/h，要想实现时速400km及以上的运营速度，势必要改变轴承型式、更精确合理控制润滑等来提升轴承工作转速，提高轮齿精度、优化修形等提升啮合平稳性，设计刚性更好的材料和结构来提升整体刚性，研究齿轮箱振动响应特性，并从设计源头降低外部振动载荷对传动平稳性的影响。
另外，针对特定线路、环境的项目也是今后一个时期的研发重点，比如说-50℃极高寒，高风沙，高海拔等环境下，就需要对齿轮箱的润滑密封，可靠性，以及特定条件的磨损受力件的失效情况着重研究，随着一带一路的需求增加，适应自动变轨距转向架的齿轮箱也是一个研发方向。
健康管理（PHM）对于齿轮箱来说也是一个必须开展的课题。虽然很多人都在做，但是真正具备条件的就是中国高铁，因为我们有足够的样本，不同齿轮箱、不同里程、不同线路、不同运用环境，足够多的在线数据和拆解数据等等。与此同时，随着各种传感技术的发展，将研究在适应目前运用、安装、列车控制等模式下，采用除温度外，增加振动、应力应变、油品在线监测等手段以得到更有效在线运用信息。大量的在线数据和有效的仿真、试验结合，将有助于建立更科学准确的健康模型。
未来我们有理由相信齿轮箱将是具备自检测、自诊断、自决策的智能产品，同时动车组轮对的运维方式也将发生变革，齿轮箱可以从现在的定期检修变为状态检修，这有利于延长检修周期，降低全寿命周期成本。
此外，可靠性设计水平也是重点研究方向。目前，齿轮箱试验过程包括线路试验和台架试验，线路试验时间长成本高，且受现场诸多因素限制，不一定与预期设定的要素完全吻合，而台架试验目前还有些局限，还不能很好的与现车状态吻合。仿真分析同样有类似的问题。针对高铁齿轮箱这种特殊运行条件的产品，在取得大量线路数据的同时，还应该研究实验装备和试验方法，如激振试验台来研究齿轮箱的振动响应规律;如轴承、齿轮等零部件试验台，来研究主要部件疲劳特性，磨损演变过程和不同阶段的表征。
与此同时，对仿真计算模型做进一步优化并匹配相关参数，真正做到台架试验完全代替线路试验，甚至通过仿真分析来代替台架试验，将大大降低设计周期和成本并提升产品可靠性。
绿色、环保、经济的发展理念同样是指导技术提升的准则，齿轮箱产品和技术的发展同样需要贯穿这些理念，如研究新的齿轮修形，提升精度，采用新的箱体涂层等方式降低噪音，采用更轻的、造价更低的材料替代现有材料，如镁合金箱体，采用更环保的涂装，更环保铸造热处理等工艺技术，如采用金属型代替砂型铸造等。
结论
综上所述，本文通过进一步分析高速动车组齿轮箱的结构设计特点以及材料需求等方面，设计出合理的低压铸造艺术。对齿轮箱出现的缩孔、缩松以及针孔等缺陷进行分析与判定，再利用MAGMAsoft软件等进行模拟处理，深入挖掘这些缺陷性的原因以及改善的措施。我国成功研制的CRH380A、CRH380B、350km/h中国标准动车组齿轮箱对我国高速动车组的发展产生重要的影响，目前已经实现批量的生产，具有稳定的质量。
参考文献
[1]朱小晶.轨道交通牵引齿轮箱试验技术研究[J].机械工程师，2017（11）.
[2]魏静，李震，孙伟，等.基于SIMP及应变能理论的高速动车齿轮箱结构优化[J].机械强度，2011，33（4）：558-564
[3]姚鑫.动力转向架齿轮箱加工工艺分析及对策[J].现代交际.2017（03）.
[4]董秀琦.低压及差压铸造理论与实践[M].北京：机械工业出版社，2003.
（作者单位：中车北京南口机械有限公司）