廣州地鐵某型車轉(zhuǎn)向架軸箱進(jìn)水原因分析及解決措施

陳忠明 曾 成 呂子雷

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部，510030，廣州∥第一作者，工程師)

1 車輛轉(zhuǎn)向架軸箱進(jìn)水情況簡述

廣州地鐵某型車在運(yùn)營過程中發(fā)生多起轉(zhuǎn)向架軸箱進(jìn)水現(xiàn)象。進(jìn)水導(dǎo)致軸承銹蝕、潤滑油脂乳化、潤滑性能下降，甚至出現(xiàn)軸承燒損(見圖1)，給列車的正線運(yùn)營帶來了嚴(yán)重隱患。因此，有必要對(duì)地鐵車輛輪對(duì)軸箱軸承的進(jìn)水問題進(jìn)行分析調(diào)查，并采取措施，避免隱患擴(kuò)大給正線運(yùn)營造成更為嚴(yán)重的影響。

a) 軸箱軸承銹蝕

b) 軸箱軸承燒損

2 軸箱及接地裝置結(jié)構(gòu)原理

該型地鐵車輛的轉(zhuǎn)向架為國內(nèi)主機(jī)廠在引進(jìn)、消化、吸收西門子SF2500型轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上開發(fā)而來。其中，軸箱及接地裝置均進(jìn)行了國產(chǎn)化。軸箱結(jié)構(gòu)如圖2所示，軸承外圈與軸箱體采用間隙配合，軸承內(nèi)圈與軸頸采用過盈配合壓裝而成；軸承內(nèi)圈采用軸承擋圈定位，固定方式為3顆開口止動(dòng)螺釘固定；軸承外圈采用軸箱內(nèi)外端蓋進(jìn)行定位，內(nèi)外端蓋采用螺釘固定。

注：1——軸箱體；2——CTBU(緊湊型圓錐滾子軸承單元)；3——軸端蓋；4——止動(dòng)螺釘；5——外端蓋；6——螺釘；7——鎖緊墊圈；8——O型環(huán)；9——前端蓋；DR1、DR2——定距環(huán)。

如圖3所示，接地裝置由接觸盤、刷極、接地裝置外殼組成。接觸盤由3顆內(nèi)六角螺栓固定在軸承擋圈上，整個(gè)接地裝置采用3顆螺釘(圖3中編號(hào)15)固定在軸箱外端蓋上。

注：1——碳刷安裝架；2——蓋板和壓力單元；3——隔離支架；4——隔離墊圈；5——墊片；6——碳刷；7——O型圈；8——接觸盤；9——有耳墊圈；10——O型圈；11——螺釘(35 Nm)；12——彈簧墊圈；13——螺釘(6.5 Nm)；14——墊圈；15——螺釘(40 Nm)；16——TREP墊圈；17——大號(hào)平墊圈；18——螺釘(35 Nm)；19——彈簧墊圈；20——螺釘(20 Nm)；21——彈簧墊圈；A——接地電纜；B——彈簧。

3 軸箱進(jìn)水原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水軸箱大多集中在每節(jié)車的第1軸或者第4軸輪對(duì)，且均安裝有接地裝置。初步分析判斷認(rèn)為，軸箱進(jìn)水與接地裝置的密封性較差有一定關(guān)系。此外，通過安裝攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)列車在高速運(yùn)行過程中有大量空調(diào)冷凝水沿車體端墻吹落至軸箱接地裝置上(每節(jié)車第1、第4輪對(duì))。列車回庫后拆卸其接地裝置，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部確實(shí)有滲水情況。

3.1 軸箱外端端蓋密封性分析

軸箱外端蓋與軸箱體間的配合為間隙配合，其間隙為0.349～1.051 mm。軸箱O型密封圈規(guī)格為215.0 mm×3.8 mm。一旦間隙大于1.300 mm，將導(dǎo)致O型密封圈處于自由狀態(tài)，無法進(jìn)行可靠密封[1]。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及計(jì)算發(fā)現(xiàn)，僅有個(gè)別軸箱外端蓋與軸箱體間的間隙比正常設(shè)計(jì)值稍大，可能存在進(jìn)水情況。但是考慮到滲水軸箱處均安裝有接地裝置，因此可以認(rèn)為軸箱外端蓋與軸箱體的間隙并非主要進(jìn)水處。

3.2 接地裝置密封性分析

從圖3可以看出，影響接地裝置密封性能的主要影響因素有：壓力端蓋與碳刷安裝架的安裝間隙、壓力端蓋與碳刷安裝架間O型密封圈的尺寸。

3.2.1 密封位置倒角尺寸核查

圖4 軸箱端蓋倒角尺寸測(cè)量結(jié)果

圖5 隔離支架倒角尺寸測(cè)量結(jié)果

3.2.2 密封位置配合間隙核查

接地裝置壓力端蓋與碳刷安裝支架之間為間隙配合，通過O型圈進(jìn)行密封。在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)：個(gè)別接地裝置壓力端蓋因?yàn)槌叽绮灰恢?，?dǎo)致無法完全裝配到位(如圖6所示)，邊緣有凸起，配合面不能貼合而留有縫隙，導(dǎo)致接地裝置的密封性能下降，軸箱內(nèi)部出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象。

圖6 壓力端蓋裝配不到位

3.3 維修裝配工藝調(diào)查分析

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水軸箱基本集中在國產(chǎn)軸箱，進(jìn)口軸箱僅有一例；在國產(chǎn)軸箱的進(jìn)水案例中，安裝國產(chǎn)接地裝置的占比為71.4%，安裝進(jìn)口接地裝置的占比為28.6%。為此，進(jìn)一步分析進(jìn)口軸箱與國產(chǎn)軸箱、進(jìn)口接地裝置與國產(chǎn)接地裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，發(fā)現(xiàn) O型密封圈的截面直徑不一致：國產(chǎn)接地裝置O型密封圈的截面直徑為3.1 mm，進(jìn)口接地裝置的O型密封圈的截面直徑為2.6 mm。

由于O型橡膠密封圈屬于擠壓型密封件，其壓縮率對(duì)密封性有重要影響?？紤]到軸箱的使用環(huán)境，該O型圈為耐高溫潤滑油材料，其壓縮率一般為10%～45%。圖7為O型密封圈的壓縮示意圖。壓縮率w的計(jì)算方法如下[3]：

w=h/d

式中：

d——O型密封圈的截面直徑；

h——壓縮量。

注：X——安裝支架與壓力端蓋的間隙。

由于隔離支架為注塑件，注塑后收縮導(dǎo)致尺寸不易控制。如圖8所示，隨著隔離支架倒角尺寸的逐步增大，O型圈的壓縮率逐步變小，尤其是截面直徑為2.6 mm的O型圈，其壓縮率會(huì)出現(xiàn)低至0的情況。

圖8 O型橡膠密封圈壓縮率變化情況(X=0.2 mm)

該型車投入運(yùn)營已達(dá)7年，陸續(xù)進(jìn)行過走行部專項(xiàng)修、架修。在維修過程中未充分考慮到進(jìn)口軸箱和國產(chǎn)軸箱、進(jìn)口接地裝置和國產(chǎn)接地裝置之間可能存在的尺寸差異，裝配時(shí)未加以區(qū)分，導(dǎo)致混用情況比較普遍。國產(chǎn)接地裝置錯(cuò)用了進(jìn)口接地裝置O型密封圈，造成密封性能下降和軸箱進(jìn)水情況出現(xiàn)。

3.4 軸箱進(jìn)水原因匯總

1)軸箱端蓋、隔離支架、接地裝置壓力端蓋等部件在生產(chǎn)制造過程中質(zhì)量控制不嚴(yán)，關(guān)鍵尺寸參數(shù)未完全滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致在裝配后配合尺寸與設(shè)計(jì)有一定偏差。具體表現(xiàn)為密封處倒角以及安裝配合處制造加工精度低，導(dǎo)致倒角過大、密封圈壓縮率低(甚至未被壓縮)、配合面不能完全貼合而留有縫隙等問題，從而造成接地裝置的密封不嚴(yán)。這是造成軸箱進(jìn)水的主要原因。

2)進(jìn)口軸箱和國產(chǎn)軸箱、進(jìn)口接地裝置和國產(chǎn)接地裝置之間存在細(xì)微的尺寸差異，裝配過程中未加以區(qū)分，錯(cuò)用、混用情況較為普遍。這在一定程度上降低了軸箱端蓋、接地裝置的密封性能，是導(dǎo)致軸箱進(jìn)水的次要原因。

4 軸箱進(jìn)水的解決措施

1)將所有軸箱進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)軸箱進(jìn)水的軸承全部予以更換。換下的軸承進(jìn)行進(jìn)一步拆解、檢查和檢測(cè)。

2)將所有列車轉(zhuǎn)向架接地裝置全部落車，重新進(jìn)行裝配。在裝配過程中嚴(yán)格控制涉及密封性能的配合尺寸及公差，保證相關(guān)尺寸參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

3)進(jìn)一步完善日常維修和車輛架大修維修工藝文件，統(tǒng)一國產(chǎn)、進(jìn)口接地裝置重要零部件的接口尺寸參數(shù)，避免國產(chǎn)、進(jìn)口接地裝置零部件互換后密封性能下降的情況，保證后續(xù)的車輛維修質(zhì)量。

4)積極推進(jìn)走行部在線檢測(cè)設(shè)備、軌旁軸溫監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝和應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸箱軸承的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到故障預(yù)防、提前消除隱患的目的，避免出現(xiàn)軸承燒損的情況。