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(jìn)行了分析，提出了高壓水清洗工藝思路，并進(jìn)行了高壓水清洗對軸箱表面清潔度影響、軸箱油漆施工驗(yàn)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(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。操作難度、工人勞動強(qiáng)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(xiàn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(hù)軸承等重要作用。因此，面對車輛運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jī)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(yàn)證能達(dá)到清洗要求，但是使用的清洗劑為揮發(fā)性有機(jī)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(hù)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(jì)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(jī)溶劑更加環(huán)保，切合了更環(huán)保、更高效、更經(jīng)濟(jì)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(rèn)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(jī)抽取1點(diǎn)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(jìn)行刷洗，一方面采用的揮發(fā)性有機(jī)溶劑含有大量的有機(jī)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(qiáng)堿性，軸箱在機(jī)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(jī)羧酸鹽和醇，兩者都能溶于水。

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（1）

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(xì)小的液滴分散在除油液中，達(dá)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(qiáng)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(yán)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(yùn)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(dá)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(jì)、實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)械清洗及化學(xué)清洗方法相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：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(yàn)

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(jìn)行噴涂油漆。

清洗前，需要對清洗環(huán)境進(jìn)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(diǎn)溫度至少3℃，并確認(rèn)清洗劑是否在有效期內(nèi)。

高壓清洗試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)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(yàn)證

對油漆的外觀進(jìn)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(jìn)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(jìn)行檢測，然后再軸箱上選取12個點(diǎn)做拉拔法檢測。油漆后做刀撥法試驗(yàn)，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(rèn)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(fèi)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(fèi)力。試驗(yàn)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(yàn)，拉開法根據(jù)ISO4624進(jìn)行。首選檢測需要做拉拔試驗(yàn)點(diǎn)的油漆厚度，然后對該點(diǎn)做拉拔試驗(yàn)。選取的其中三個點(diǎn)的拉拔試驗(yàn)圖片，三個點(diǎn)的漆膜總后分別為269um、281um、294um，都已經(jīng)滿足了漆膜厚度達(dá)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(yàn)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(yàn)，驗(yàn)證了新清洗工藝的可操作性及可靠性，軸箱表面能達(dá)到所需表面處理質(zhì)量;驗(yàn)證了新工藝具備高效、經(jīng)濟(jì)、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(yàn)證了工人勞動強(qiáng)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(jī)溶劑+人工刷洗的傳統(tǒng)工藝方式，具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

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