CRH380D型動車組軸端密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

張奎全 王開團(tuán) 張現(xiàn)鋒 于增源

(1．中國鐵路濟南局集團(tuán)有限公司青島機車車輛監(jiān)造項目部 山東 青島 266111；2．青島四方龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司 山東 青島 266111)

為保證動車組的正常安全運行，每運行一定里程需對車軸進(jìn)行探傷，以排除安全隱患。由于目前國內(nèi)動車組型號眾多，雖然軸端結(jié)構(gòu)上相近，但從細(xì)節(jié)上講依舊是千差萬別，針對每一種型號動車組定制探傷儀器并不現(xiàn)實。所以為方便空心軸探傷作業(yè)，一般采取探傷儀器配合適配器的方式，使用合適的適配器將探傷儀器與動車組軸端連接起來(見圖1)，探頭通過適配器進(jìn)入空心軸內(nèi)部，從而達(dá)到探傷的目的。

圖1 適配器與軸端配合示意圖

1 背景

CRH380D型動車組是青島四方龐巴迪鐵路運輸設(shè)備有限公司研制的時速350 km高速動車組。動車組車軸采用空心車軸，軸端結(jié)構(gòu)根據(jù)功能要求設(shè)計為兩種，一種軸端結(jié)構(gòu)在端部安裝軸端壓蓋，另一種軸端結(jié)構(gòu)在端部安裝測速齒輪。為保護(hù)車軸內(nèi)孔生銹及雜物進(jìn)入，在車軸內(nèi)孔端部安裝塑料密封堵。為防止密封堵在運行過程中脫出，軸端壓蓋和測速齒輪設(shè)計為實心結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3所示。空心軸探傷時需要將軸端壓蓋或測速齒輪拆下并取下塑料密封堵，將探傷適配器安裝在軸端進(jìn)行探傷。

圖2 軸端壓蓋安裝及剖視圖

圖3 測速齒輪安裝及剖視圖

在動車組投入運行后進(jìn)行探傷時發(fā)現(xiàn)，探傷時拆卸軸端壓蓋及測速齒輪，耗時較長，拆下的緊固件在重新安裝時需要更換，軸端螺紋孔每次探傷需要經(jīng)歷軸端壓蓋或測速齒輪拆裝及探傷適配器兩次拆裝過程，螺紋孔受到損壞的可能性增大。探傷過程流程圖如圖4所示。

圖4 探傷流程

2 軸端密封方案研究

為簡化空心軸探傷工序，減少作業(yè)時間，減少對車軸軸端螺紋孔的損傷，研究對軸端結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)分析和研究，軸端結(jié)構(gòu)需要滿足如下條件：

(1)軸端壓蓋和測速齒輪不進(jìn)行拆卸，軸端壓蓋和測速齒輪結(jié)構(gòu)能夠允許直接安裝探傷適配器并允許探頭進(jìn)入車軸內(nèi)孔進(jìn)行探傷；

(2)軸端密封堵需要可靠密封和固定，避免運行中脫落；

(3)軸端密封堵拆卸及安裝方便，并可重復(fù)使用，減少拆裝時間和成本。

根據(jù)上述條件要求，研究了以下幾種方案。

方案1：將軸端壓蓋和測速齒輪改為中心帶孔結(jié)構(gòu)(?60 mm內(nèi)孔)，并增加固定探傷適配器的螺紋孔。以軸端壓蓋為例，更改示意圖如圖5所示。

圖5 軸端壓蓋結(jié)構(gòu)更改前后

因軸端壓蓋和測速齒輪中心增加中心孔后車軸內(nèi)孔密封堵可能脫出，故在軸端壓蓋和測速齒輪安裝支架防止密封堵脫出(見圖6)，支架使用螺栓固定在軸端壓蓋或測速齒輪上。

圖6 新增支架安裝圖

探傷時，拆下支架，拿掉密封堵之后，配合探傷適配器，即可達(dá)到不拆卸壓蓋或測速齒輪就可以探傷的目的，效果如圖7所示。

圖7 適配器安裝示意圖

此方案改動量較小，僅對軸端壓蓋和測速齒輪進(jìn)行更改，并增加防脫支架。但防脫支架仍采用螺釘固定，安裝拆卸較麻煩，且考慮到制造誤差，防脫支架不能完全壓緊密封堵，影響到密封效果。

方案2：將軸端壓蓋/測速齒輪中間增加M64X1.5螺紋孔，重新設(shè)計密封堵，密封堵通過螺紋安裝至軸端壓蓋或測速齒輪上，在端部采用孔用擋圈防止密封堵松脫。密封堵及軸端壓蓋更改示意圖如圖8所示，安裝示意圖如圖9所示。

圖8 密封堵及軸端壓蓋更改后示意圖

圖9 更改后安裝示意圖

此方案改動量較大，需重新設(shè)計密封堵，但此方案取消了螺栓等緊固件，拆裝方便，可大大減少拆裝時間及避免緊固件更換，降低成本。

故綜合考慮，CRH380D型動車組軸端結(jié)構(gòu)優(yōu)化采用方案2的優(yōu)化方案。

3 具體方案設(shè)計及實施

為實現(xiàn)軸端結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)技術(shù)條件，具體方案設(shè)計的關(guān)鍵項點為：

(1)密封堵材料的選擇：密封堵材料的選擇需要考慮密封堵的重量、剛度、加工難易程序及螺紋配合易于拆卸等條件。經(jīng)過分析對比分析金屬、橡膠及尼龍各種材料，最終采用尼龍材料，具有合適的剛度和可加工性，重量較輕，且螺紋配合的摩擦因數(shù)較小，易于拆裝。

(2)密封及定位結(jié)構(gòu)：密封堵需要考慮安裝時的定位及防脫，密封可靠同時易于拆裝。根據(jù)軸端的結(jié)構(gòu)，密封堵安裝時采用車軸端面定位，外部采用孔用擋圈防止松脫，在密封堵上增加O形圈提高密封效果。

(3)便于拆裝的性能：需要考慮在保證安裝可靠性前提下盡量減小螺紋圈數(shù)，減小拆裝時的工作量。在保證密封效果的前提下，考慮各安裝誤差，防止O形圈和車軸內(nèi)孔配合過緊，以免造成拆裝力過大。經(jīng)過分析計算和現(xiàn)場驗證，確定了密封堵螺紋圈數(shù)，將O形圈的位置盡量靠近車軸內(nèi)孔外側(cè)以及對O形圈模的尺寸相比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，使密封堵僅需旋轉(zhuǎn)最少的圈數(shù)就可取出，并且旋出旋入的阻力降到最小。

(4)拆裝工藝：密封堵設(shè)計了拆裝用工藝孔，并聯(lián)合路局設(shè)計了專用工具(見圖10)，提高拆裝工藝性能和效率。

圖10 軸端結(jié)構(gòu)優(yōu)化后安裝圖及專用工具圖

軸端結(jié)構(gòu)優(yōu)化的探傷流程如圖11所示。

圖11 軸端結(jié)構(gòu)優(yōu)化的探傷流程

原來需要拆卸軸端壓蓋或測速齒輪的4顆固定螺栓并更換新件，現(xiàn)在僅需取出擋圈、旋出密封堵，時間僅為原來的1/3左右。

優(yōu)化的軸端結(jié)構(gòu)結(jié)合路局運用修和動車組高級修進(jìn)行了改造，改造后運用效果良好，大大減輕了車軸內(nèi)孔探傷時的軸端部件拆裝工作量，降低了勞動強度和成本。

4 總結(jié)

經(jīng)過對軸端結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，CRH380D型動車組車軸內(nèi)孔探傷時軸端部件的拆裝時間大大減小，避免了車軸軸端螺紋孔的損壞，降低了勞動強度和成本，取得了良好的效果。□