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摘要：减速器是铁道机车中的常用装置，通过优化减速器设计，可以确保高速运行的铁道机车能够以相对平稳的方式减速或停止。为了提高减速器的可靠性，需要借助于信息技术开展仿真模拟，在实验环境下对减速器的各项参数和结构、功能进行设计、调整和优化，从而更好的满足使用需求，为铁道机车的行车安全提供保障。
关键词：铁道机车；减速器；设计方法；可靠度优化
引言：
铁路机车在高速运行或满载运行时，由于自身惯性较大，确保铁道机车能够安全、平稳的减速或停止显得十分重要。车辆减速器在原动机和工作机之间起到了降低转速、增加转矩的作用，在铁道机车以及其他机械设备中有着广泛应用。文章首先对车辆减速器的设计需求进行了概述，随后以XG45-9/540机车车轴减速器为例，分别从数学建模、仿真运行和可靠度优化等方面，就具体的设计方法展开了分析。
一、车辆减速器的设计需求
随着人们对车辆安全性能关注程度的不断提高，现阶段针对减速器的设计要求也越来越严格。借助于信息化手段进行车辆减速器的模拟设计，一方面可以降低设计成本，包括结构设计、性能测试等，都可以在仿真环境下完成，几乎不需要花费试验成本；另一方面，也可以在初步设计工作结束后，利用计算机专业软件系统完成对减速器设计结果的检验，对于设计中存在的问题可以及时校正，确保了最终所得减速器模型能够直接投入生产，且满足当前铁道机车实际的使用需要。
在铁道机车车辆减速器的选材上，注重强度和耐久性，通常采用各式优质的合金钢锻件为材质，使减速器的强度有了极大的保障，这种材料对于环境温度的处理以及适应能力都大大提高。随着机车中各项设备的更新换代，对于减速器的结构设计也愈加的合理，能够与众多的机车设备形成匹配，设计方法更加贴合实际需要，能够紧跟铁道机车迅速前进的步伐。此外，减速器本身的加工工艺更加的成熟，工艺水准直线上升，精打细磨下的减速器更加能够适应各种机车设备运行环境，其自身的轴承质量得到了很大的提升。
二、XG45-9/540机车车轴减速器简述
本文以某大学测控研究所研制的XG45-9/540机车车轴减速器作为设计对象，XG45-9/540机车车轴减速器是机车整个驱动机构的最后环节，其作用是将万向轴的功率通过90°方向的改变传给机车轮对。
XG45-9/540机车车轴减速器是两级车轴减速器，它是由一对螺旋伞齿轮和一对圆柱齿轮构成，动力传递是先伞齿轮后圆柱齿轮，其特点是齿轮转速高，扭矩小，有利于提高伞齿轮的寿命，这种布置还可以减小伞齿轮受到来自车轮与钢轨的冲击影响，但结构复杂。XG45-9/540机车车轴减速器，输入转速为7382r/min，输入功率为110kw，总速比21.375，高速级齿轮为螺旋伞齿轮，材料为20CrMn-Ti，经渗碳淬火后齿面硬度为HRC59～68，低速级为圆柱直齿轮，材料为22CrMnMo，经渗碳淬火后齿面硬度为HRC52～55。
三、建立XG45-9/540机车车轴减速器数学模型及安装方法
1、设计变量的确定
一般地，减速器的所有影响设计质量的独立设计参数，如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽和变位系数以及各级中心距等结构尺寸都應作为设计变量。但过多的设计变量会增加计算的工作量和难度，通常将那些对优化目标影响比较明显的、易于控制的设计参数才作为设计变量。虽然齿轮的材料性能也能影响减速器的体积、尺寸及其成本，但不作为设计变量，而作为常量来处理，综合考虑各种因素的影响，在优化数学模型中，将减速器的法面模数、齿数、齿宽、齿宽系数、螺旋角、以及分锥角作为优化模型的设计变量。
2、目标函数的确定
目标函数是设计变量的函数，是评价设计优劣的数学表达式，由于减速器内部主要部件是齿轮，且相对于其他零部件，它的占用空间较大，为此通过对内部空间的优化，使减速器箱体体积最小。根据车辆减速器实际设计要求的不同，对目标函数的选择条件也会有一定差异。因此，技术人员在具体进行目标函数确定时，也必须要综合考虑减速器的实际使用需要，这样可以确保经过仿真设计所输出的最终结果，能够在实际应用中取得预期的减速效果。
3、主要的安装方法
减速器是铁道机车车辆中重要的部件，在进行安装时要严格按照规定进行，防止出现不必要的故障，进而阻碍减速器的功能运行。在安装前先要确认机车的电机和减速器是否都是完好无损的，减速器要与电机相互进行连接，很多部件要进行卡位连接，要注意连接各部位的尺寸是否符合安装标准，能够与电机在作业时完成匹配。假如在安装中忽视了一些微小的尺寸偏差，电机在工作时就有可能失去与减速器的联系，如果列车处在高速行进的过程中要进行减速，就有可能发生减速器失灵，酿成不可想象的事故。在安装时还要注意电机与减速器的自然连接状态，同时保证两者的同心度要保持一致，否则会出现连接电机的轴锻件与电机运行角度不同，导致折断或者减速器齿轮发生严重的磨损。
四、基于MATLAB进行可靠度优化设计计算
1、编写Matlab程序
本文采用MATLAB优化工具箱的SQP法计算，可直接调用fmincon函数。技术人员先根据具体的设计要求编写程序，然后利用MATLAB自带的调试系统进行程序检测，确定程序本身无错误后，将其输入到单片机控制器中。
2、输出结果
运行单片机控制器，根据存储在数据库中的程序依次完成各种动作指令。当减速器系统完成的循环次数为53874转时，原设计的可靠度达到91%，通过可靠性优化设计后，可靠度达到99%。
结语：
减速器作为铁道机车中的重要组成部分，其运行稳定性和可靠性，对于保障铁道机车的运行安全有着不可或缺的作用。随着相关技术的发展，对减速器的综合优化设计也提出了更高要求，只有借助于信息化手段，对减速器的使用功能、内部结构和减速效果进行综合设计，才能确保减速器满足铁道机车在各种行驶状态下的减速要求，确保车辆平稳、安全的降速或停止。
参考文献：
[1]蒿丽萍，贾芳芳，刘湘云.基于MATLAB的多级齿轮传动多目标可靠性优化设计研究[J].机械传动，2014（11）：174-177.
[2]叶秉良，郭绍义，戚金明.基于SQP法的斜齿圆柱齿轮减速器可靠性优化设计[J].浙江理工大学学报，2015，25（2）：187-190.
[3]王添旗.基于CRH_6型列车研制对高速列车外形设计的研究[J].铁道机车车辆，2013，33（1）：67-71.
关键词：铁道机车；减速器；设计方法；可靠度优化
引言：
铁路机车在高速运行或满载运行时，由于自身惯性较大，确保铁道机车能够安全、平稳的减速或停止显得十分重要。车辆减速器在原动机和工作机之间起到了降低转速、增加转矩的作用，在铁道机车以及其他机械设备中有着广泛应用。文章首先对车辆减速器的设计需求进行了概述，随后以XG45-9/540机车车轴减速器为例，分别从数学建模、仿真运行和可靠度优化等方面，就具体的设计方法展开了分析。
一、车辆减速器的设计需求
随着人们对车辆安全性能关注程度的不断提高，现阶段针对减速器的设计要求也越来越严格。借助于信息化手段进行车辆减速器的模拟设计，一方面可以降低设计成本，包括结构设计、性能测试等，都可以在仿真环境下完成，几乎不需要花费试验成本；另一方面，也可以在初步设计工作结束后，利用计算机专业软件系统完成对减速器设计结果的检验，对于设计中存在的问题可以及时校正，确保了最终所得减速器模型能够直接投入生产，且满足当前铁道机车实际的使用需要。
在铁道机车车辆减速器的选材上，注重强度和耐久性，通常采用各式优质的合金钢锻件为材质，使减速器的强度有了极大的保障，这种材料对于环境温度的处理以及适应能力都大大提高。随着机车中各项设备的更新换代，对于减速器的结构设计也愈加的合理，能够与众多的机车设备形成匹配，设计方法更加贴合实际需要，能够紧跟铁道机车迅速前进的步伐。此外，减速器本身的加工工艺更加的成熟，工艺水准直线上升，精打细磨下的减速器更加能够适应各种机车设备运行环境，其自身的轴承质量得到了很大的提升。
二、XG45-9/540机车车轴减速器简述
本文以某大学测控研究所研制的XG45-9/540机车车轴减速器作为设计对象，XG45-9/540机车车轴减速器是机车整个驱动机构的最后环节，其作用是将万向轴的功率通过90°方向的改变传给机车轮对。
XG45-9/540机车车轴减速器是两级车轴减速器，它是由一对螺旋伞齿轮和一对圆柱齿轮构成，动力传递是先伞齿轮后圆柱齿轮，其特点是齿轮转速高，扭矩小，有利于提高伞齿轮的寿命，这种布置还可以减小伞齿轮受到来自车轮与钢轨的冲击影响，但结构复杂。XG45-9/540机车车轴减速器，输入转速为7382r/min，输入功率为110kw，总速比21.375，高速级齿轮为螺旋伞齿轮，材料为20CrMn-Ti，经渗碳淬火后齿面硬度为HRC59～68，低速级为圆柱直齿轮，材料为22CrMnMo，经渗碳淬火后齿面硬度为HRC52～55。
三、建立XG45-9/540机车车轴减速器数学模型及安装方法
1、设计变量的确定
一般地，减速器的所有影响设计质量的独立设计参数，如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽和变位系数以及各级中心距等结构尺寸都應作为设计变量。但过多的设计变量会增加计算的工作量和难度，通常将那些对优化目标影响比较明显的、易于控制的设计参数才作为设计变量。虽然齿轮的材料性能也能影响减速器的体积、尺寸及其成本，但不作为设计变量，而作为常量来处理，综合考虑各种因素的影响，在优化数学模型中，将减速器的法面模数、齿数、齿宽、齿宽系数、螺旋角、以及分锥角作为优化模型的设计变量。
2、目标函数的确定
目标函数是设计变量的函数，是评价设计优劣的数学表达式，由于减速器内部主要部件是齿轮，且相对于其他零部件，它的占用空间较大，为此通过对内部空间的优化，使减速器箱体体积最小。根据车辆减速器实际设计要求的不同，对目标函数的选择条件也会有一定差异。因此，技术人员在具体进行目标函数确定时，也必须要综合考虑减速器的实际使用需要，这样可以确保经过仿真设计所输出的最终结果，能够在实际应用中取得预期的减速效果。
3、主要的安装方法
减速器是铁道机车车辆中重要的部件，在进行安装时要严格按照规定进行，防止出现不必要的故障，进而阻碍减速器的功能运行。在安装前先要确认机车的电机和减速器是否都是完好无损的，减速器要与电机相互进行连接，很多部件要进行卡位连接，要注意连接各部位的尺寸是否符合安装标准，能够与电机在作业时完成匹配。假如在安装中忽视了一些微小的尺寸偏差，电机在工作时就有可能失去与减速器的联系，如果列车处在高速行进的过程中要进行减速，就有可能发生减速器失灵，酿成不可想象的事故。在安装时还要注意电机与减速器的自然连接状态，同时保证两者的同心度要保持一致，否则会出现连接电机的轴锻件与电机运行角度不同，导致折断或者减速器齿轮发生严重的磨损。
四、基于MATLAB进行可靠度优化设计计算
1、编写Matlab程序
本文采用MATLAB优化工具箱的SQP法计算，可直接调用fmincon函数。技术人员先根据具体的设计要求编写程序，然后利用MATLAB自带的调试系统进行程序检测，确定程序本身无错误后，将其输入到单片机控制器中。
2、输出结果
运行单片机控制器，根据存储在数据库中的程序依次完成各种动作指令。当减速器系统完成的循环次数为53874转时，原设计的可靠度达到91%，通过可靠性优化设计后，可靠度达到99%。
结语：
减速器作为铁道机车中的重要组成部分，其运行稳定性和可靠性，对于保障铁道机车的运行安全有着不可或缺的作用。随着相关技术的发展，对减速器的综合优化设计也提出了更高要求，只有借助于信息化手段，对减速器的使用功能、内部结构和减速效果进行综合设计，才能确保减速器满足铁道机车在各种行驶状态下的减速要求，确保车辆平稳、安全的降速或停止。
参考文献：
[1]蒿丽萍，贾芳芳，刘湘云.基于MATLAB的多级齿轮传动多目标可靠性优化设计研究[J].机械传动，2014（11）：174-177.
[2]叶秉良，郭绍义，戚金明.基于SQP法的斜齿圆柱齿轮减速器可靠性优化设计[J].浙江理工大学学报，2015，25（2）：187-190.
[3]王添旗.基于CRH_6型列车研制对高速列车外形设计的研究[J].铁道机车车辆，2013，33（1）：67-71.