鐵路車輛轉(zhuǎn)向架軸箱高壓水清洗工藝研究

廖軍 周宏兵

摘要：本文先介紹了鐵路車輛轉(zhuǎn)向架軸箱應(yīng)用場景，對目前的工藝進行了分析，提出了高壓水清洗工藝思路，并進行了高壓水清洗對軸箱表面清潔度影響、軸箱油漆施工驗證證明油漆成膜致密均勻，無明顯的表面缺陷，外觀檢查合格且刀撥法和拉拔法對油漆附著力評估合格。本文提出了的新型的高壓水清洗工藝，采用環(huán)保型水性清洗劑+高壓水槍沖洗工藝，具備高效、經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點。操作難度、工人勞動強度均得到明顯改善，工人操作更輕松、靈活。值得推廣此工藝。

關(guān)鍵詞：鐵路車輛;轉(zhuǎn)向架;軸箱;水清洗

中圖分類號：U279? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0038-02

1? 研究背景

轉(zhuǎn)向架作為鐵路車輛的關(guān)鍵部件之一，對車輛的運行性能起著決定性的作用。轉(zhuǎn)向架按構(gòu)架組成形式分為鑄造三大件式轉(zhuǎn)向架和焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架。鑄造三大件式轉(zhuǎn)向架的軸箱通常為承載鞍形式，落成時承載鞍位于滾動軸承頂部，鞍面覆蓋面不超過滾動軸承上半圓部分。焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的軸箱常見形式有兩側(cè)承臺式軸箱和轉(zhuǎn)臂式軸箱，落成時軸箱主體包裹于軸承外部，包裹面通常對軸承外圈全部覆蓋，通常兩側(cè)承臺式軸箱和轉(zhuǎn)臂式軸箱會在底部設(shè)置有軸溫探測孔，以滿足車輛運行時THDS系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向架軸承溫度的監(jiān)測需求。軸箱裝置的作用是：將輪對和側(cè)架或構(gòu)架聯(lián)系在一起，使輪對沿鋼軌的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿線路的平動;承受車輛的重量，傳遞各方向的作用力;保證良好的潤滑性能，減少磨耗，降低運行阻力;良好的密封性，防止塵土、雨水等物侵入及甩油，從而避免破壞油脂的潤滑，甚至發(fā)生燃軸等事故[1]。車輛在正常運行條件下，車體坐落于轉(zhuǎn)向架上，通過軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿線路運行的平動，并且通過軸箱將來自輪軌間的制動力和牽引力傳遞給車體并轉(zhuǎn)變?yōu)檐圀w的加速度來源。同時，軸箱還起到承受車輛重量和保護軸承等重要作用。因此，面對車輛運行的復(fù)雜氣候環(huán)境，軸箱的表面涂裝防腐措施對于車輛的運行安全至關(guān)重要。鐵路車輛轉(zhuǎn)向架軸箱常年受到惡劣環(huán)境的影響，對于在海邊運行環(huán)境的軸箱，還會受到海水、鹽霧的侵蝕，因此極易受到腐蝕。清洗作為軸箱表面噴涂工藝的關(guān)鍵工序，對噴涂后油漆外觀、附著力等性能有著重要的影響。

目前的表面清洗主要采用揮發(fā)性有機溶劑+人工刷洗方式，以清除軸箱待油漆表面的殘留油污、雜質(zhì)等異物，此方式雖被驗證能達到清洗要求，但是使用的清洗劑為揮發(fā)性有機物VOCs[2][3]，VOCs不僅對環(huán)境影響較大，而且對人體傷害也很大。不僅如此，此方式采用人工刷洗，存在效率低、成本高、廢水難以處理等問題。隨著國家對環(huán)境保護的日益重視及企業(yè)降本增效需求，迫切需要尋求更環(huán)保、更高效、更經(jīng)濟的清洗方式[2]。

本文采用水溶性清洗劑+高壓水槍噴射清洗的方式，該清洗方式具有優(yōu)異的清洗性能、效率高、去油污[4]、鹽分等效果明顯，而且水溶性清洗劑相比揮發(fā)性有機溶劑更加環(huán)保，切合了更環(huán)保、更高效、更經(jīng)濟的需求[4]。此外，國際同行業(yè)競爭對手均已開始采用高壓水清洗工藝，該工藝在行業(yè)內(nèi)已得到廣泛認可和使用。油漆的附著力和使用壽命，不僅取決于油漆本身的質(zhì)量，同時還與油漆前的表面處理密切相關(guān)[5]。而油漆的附著力及耐久性等使用質(zhì)量與表面的清洗密切相關(guān)。軸箱表面清洗主要是提高表面的清潔度，去除表面的鹽分。對清理后的表面使用無水無油的壓縮空氣吹去表面的灰塵和雜質(zhì)，要求零件表面灰塵等級≤2級。清洗后油漆前，對待油漆表面做如下檢查：①清潔度檢查：所有待油漆面目測無可見黑斑、銹蝕，無污染等雜質(zhì)殘留，用干凈白紙擦拭無可見黑印，檢測率要求100%;②灰塵度檢查：軸箱表面做灰塵度檢查，根據(jù)ISO8502-3灰塵數(shù)量及尺寸等級≤2級。所有待油漆面目測無可見油跡、油漬，對軸箱待涂裝各面，需各隨機抽取1點用異丙醇檢測。油漆清洗不到位引起的油漆大面積剝落問題，其中一個主要的原因就是表面清理不當(dāng)，底材上有微量的粉物、灰塵、污垢、油及油脂、水、銹和化學(xué)物質(zhì)等雜質(zhì)。不僅如此，表面油類、臟污等污物同樣也會導(dǎo)致起泡、縮孔縮邊等缺陷。

2? 高壓水清洗工藝研究

軸箱在清洗時，現(xiàn)場工人采用溶劑型清洗劑對箱體表面進行刷洗，一方面采用的揮發(fā)性有機溶劑含有大量的有機化合物（VOC），這些揮發(fā)的VOC排放到大氣后，會產(chǎn)生一定的光電反應(yīng)，對臭氧層有一定的破壞作用，同時也會導(dǎo)致皮膚癌、白內(nèi)障，削弱免疫系統(tǒng)[2]。另一方面采用人工刷洗的方式效率較低，且人工刷洗方式對軸箱涂裝面也可能產(chǎn)生劃傷。

2.1 高壓水清洗對軸箱表面清潔度影響

化學(xué)除油主要是利用熱堿溶液對油脂的皂化和乳化作用。高壓水清洗溶劑采用的是水溶性溶劑SurTec168K2，SurTec085清洗添加劑和SurTec533水合性腐蝕抑制劑。其中SurTec168K2中含有10～20%的氫氧化鉀，氫氧化鉀屬于強堿性，軸箱在機械加工后，表面含有大量的油污、冷卻液殘留，而油污主要成分是油脂，油脂在堿性條件下（加熱）能夠水解生成有機羧酸鹽和醇，兩者都能溶于水。

SurTec085可以將無法用堿皂化的油乳化而形成乳濁液而去除。在除油過程中，首先表面活性劑中的乳化劑吸附在油與溶液的分界面上，其中親油基與零件表面的油發(fā)生親和作用;而親水基則與除油水溶液親和。在乳化劑的作用下，油污逐漸從金屬零件表面脫離，呈細小的液滴分散在除油液中，達到除去軸箱表面油污的作用。

如公式（1）所示軸箱表面油污在清洗劑的作用下，成功的將基體與油污分離，最后在加熱的作用下基體與水分離。加熱能夠提高皂化產(chǎn)物的溶解性，增加皂化、乳化反應(yīng)速度，加快溶液的循環(huán)、降低油性物質(zhì)的粘度、加強除油溶液的對流等，但溫度不能過高，過高的溫度使得能源消耗嚴重、溶液蒸發(fā)加快，不利于室內(nèi)環(huán)境和安全操作。

2.2 高壓沖洗原理

高壓水清洗運用液體增壓原理，通過增壓裝置將水的壓力提高到一定值，具有一定壓力的水再通過小孔噴嘴，將壓力能轉(zhuǎn)換成動能，從而形成高速的水射流。清洗時將藥劑在一定溫度下，以一定的壓力作用于工件表面，使工件表面的油污、粘附物及輕微氧化物得以清除，達到涂裝前的要求，適用于表面少銹多油的工件，是一種經(jīng)濟、實用、高效、節(jié)能、環(huán)保的前處理方式。

高壓清洗時，熱能對清洗效果也起著很重要的作用，由于水和有機溶劑對污垢的溶解速度和溶解量隨著溫度的升高而升高，提高溫度有利于溶劑發(fā)揮溶解作用，并且還可以節(jié)約水和有機溶劑的使用量。高壓水清洗的方法屬于物理清洗的方法，與傳統(tǒng)的人工、機械清洗及化學(xué)清洗方法相比，有如下優(yōu)點：①清洗質(zhì)量高;②清洗速度快;③清洗成本低;④安全性高。

2.3 工藝試驗

清洗參數(shù)如表1所示。清洗完成后，采用無水無油的壓縮空氣將軸箱表面吹干，檢測軸箱表面清潔度及油污，檢測合格后對軸箱進行噴涂油漆。

清洗前，需要對清洗環(huán)境進行檢測，采用溫濕度檢測儀檢測空氣溫濕度，保證空氣相對濕度要低于85%，采用溫度檢測儀檢測軸箱表面溫度，確保待處理表面溫度高于露點溫度至少3℃，并確認清洗劑是否在有效期內(nèi)。

高壓清洗試驗所用到的堿性清洗劑SurTec 168 K2和SurTec 085，將兩種溶液采用5L量杯按照2：1的比例混合。

2.4 高壓水清洗試驗結(jié)果分析

清洗軸箱表面主要是去除表面的油污及雜質(zhì)，因此需要對清洗后的軸箱表面進行油污檢查。油污檢查采用異丙醇檢測表面油污的方法：用干凈的棉球蘸異丙醇并擦拭零件表面，然后將棉球上的異丙醇擠入試管中，再往試管中添加2～3倍的水，搖勻，如果試管中的溶液出現(xiàn)絮狀混濁物，則擦拭表面存在油污;如果溶液仍然清澈，則擦拭表面無油污。

2.5 軸箱油漆施工驗證

對油漆的外觀進行檢查，選取4處，觀察發(fā)現(xiàn)，油漆成膜致密均勻，無明顯的表面缺陷，外觀檢查合格。

檢查軸箱表面油漆附著力，附著力檢測可按劃格法（ISO 2409）、刀撥法（ASTM D6677）或拉拔法（ISO 4624）進行，劃格法適用于漆膜厚度在250μm以下的油漆附著力評估，刀撥法和拉拔法適用于任何漆膜厚度的油漆附著力評估。本文首先采用刀撥法對油漆附著力進行檢測，然后再軸箱上選取12個點做拉拔法檢測。油漆后做刀撥法試驗，刀撥法檢測分為0、2、4、6、8、10六個等級，其中附著力10級或者8級認定為合格。10級表示涂層極難撬下。涂層碎片不超過1/32英寸×1/32英寸（0.8mm×0.8mm），撬涂層時非常費力。8級表示涂層很難撬下。涂層碎片在1/16英寸×1/16英寸（1.6mm×1.6mm）到1/8英寸×1/8英寸（3.2mm×3.2mm）之間，撬涂層時很費力。試驗用美工刀在油漆面畫叉，刀撥涂層碎片在（1.6mm×1.6mm）到1/8英寸×1/8英寸（3.2mm×3.2mm）之間，或者不超過1/32英寸×1/32英寸（0.8mm×0.8mm）。視為合格。

油漆做拉拔法試驗，拉開法根據(jù)ISO4624進行。首選檢測需要做拉拔試驗點的油漆厚度，然后對該點做拉拔試驗。選取的其中三個點的拉拔試驗圖片，三個點的漆膜總后分別為269um、281um、294um，都已經(jīng)滿足了漆膜厚度達到240um以上的要求。油漆的附著力大小測試結(jié)果大于11MPa（要求大于5MPa為合格），驗證了新的清洗工藝是能滿足質(zhì)量要求的。

3? 結(jié)論

通過新清洗工藝試驗，驗證了新清洗工藝的可操作性及可靠性，軸箱表面能達到所需表面處理質(zhì)量;驗證了新工藝具備高效、經(jīng)濟、環(huán)保上的優(yōu)越性，相比傳統(tǒng)清洗方式，能提效35%，降本20%，降低VOCs排放量90%以上;同時驗證了工人勞動強度得到改善，無論從操作難度、危險性等方面均得到明顯改善，工人操作更輕松、靈活。本文提出的采用環(huán)保型水性清洗劑+高壓水槍沖洗工藝，相較于采用揮發(fā)性有機溶劑+人工刷洗的傳統(tǒng)工藝方式，具備高效、經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點。

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