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轴承知识
CRH3动车组三级修齿轮箱机油乳化原因分析与预防
李洪志
(中车唐山机车车辆有限公司,河北唐山,063035)
  摘 要:CRH3型动车组是通过引进、吸收德国西门子技术,由中车唐山机车车辆有限公司制造。动车组三级修是指从新造、四级或五级检修后动车组运行里程达120±12万km或运行周期达到3年(先到为准)主要针对转向架进行的一次检修。文章介绍了CRH3型动车组在三级修中齿轮箱机油乳化原因,并提出了控制预防措施以及实施的效果。
  关键词:CRH3型动车组;三级修;齿轮箱机油乳化;转向架;机油
  CRH3型动车组是通过引进、吸收德国西门子技术,由中车唐山机车车辆有限公司制造。动车组三级修是指从新造、四级或五级检修后动车组运行里程达120±12万km或运行周期达到3年(先到为准)主要针对转向架进行的一次检修。齿轮箱机油中的水含量新油应为痕迹,当水含量超过0.5%时就应当更换齿轮箱机油。机油中的水分与机油混合后,会使机油出现肥皂泡样的白色液体,说明机油已被乳化。
  本文介绍了三级修后动车组齿轮箱,运营过程中时常出现的齿轮箱机油乳化现象的原因、相应的控制预防措施以及实施效果。
  1 齿轮箱机油乳化的危害及后果
  牵引齿轮箱的主要作用是将电机扭矩放大,并传输给车轴进而带动车轮转动,为列车提供牵引动力。现有CRH3型系列动车组用齿轮箱主要由弗兰德(FLENDER)公司、采埃孚(ZF)公司提供。自CRH3C型动车组转向架齿轮箱三级修以来,厂内外多次发生齿轮箱机油乳化现象,齿轮箱机油乳化主要是齿轮箱进水造成的。乳化后的机油润滑性能下降,使油膜不易建立,将会造成齿轮轴承等零部件的急剧磨损,最终导致轴承损坏、齿面剥离等严重后果,对动车组的可靠运行构成严重威胁。发生机油乳化的齿轮箱需要及时更换机油,严重的需要更换轮对,因此将占用大量无效工作时间,增加了工作量和成本,因此提前采取控制预防措施以防止或减少机油乳化现象的发生,对降低成本、提高效率具有积极的意义。
  2 机油乳化机理
  机油发生乳化必须具备三个条件:水分、表面活性物质和能量。由于表面活性剂的作用使本来不能混合到一起的两种液体能够混到一起的现象称为乳化,乳化后的机油成乳白色。表面活性物质是一种两亲分子,具有亲油和亲水的性质,使之易于在油水界面上吸附并富集,它可以显著降低油水界面的张力,改变了界面状态,油中混入水分和表面活性物质后,在循环流动、高速搅拌的情况下,便会发生乳化。此时,表面活性物质吸附在油水两相界面上,以亲油亲水基团使油和水连接而不易分离,水滴可以稳定地分散于油中。
  3 齿轮箱机油乳化原因
  针对出现的CRH3型动车组齿轮箱机油乳化现象进行了原因分析,整理并归纳为以下五个主要方面:
  3.1产品设计
  齿轮箱密封系统分为接触式密封和非接触式密封。
  3.1.1接触式密封。传动齿轮箱内,合箱面、轴承座、观察窗等与箱体结合处均为接触密封,并采用涂密封胶的方式密封,该种密封胶能够更好地适应铝合金材质箱体接合面密封,所有密封方式结构简单、性能可靠。
  3.1.2非接触式密封。对于传动齿轮箱中主动齿轮轴和车轴贯通部位的密封:若采用接触式密封,骨架油封或其他类型密封圈与旋转轴之间的材料有磨损,很难做到更换周期与轮对维护周期的匹配,这对安装在转向架上的齿轮箱内的磨损密封件的检修和更换很不方便;若采用非接触式密封,则不存在任何接触磨损,能够满足正常检修周期。因此在设计时齿轮箱贯通部位的密封均采用非接触式密封,即在主动齿轮轴的电机侧和车轴贯通部位的密封均采用间隙密封和带有甩油环的机械式迷宫密封的联合密封方式,如图1所示:
  综上所述,非接触式密封结构复杂,密封可靠性差,由于设计结构的天生缺陷,水很容易从迷宫密封处进入齿轮箱内,与内部机油混合后,引起机油乳化。
  3.2齿轮箱外壳清洗
  清洗是动车组齿轮箱三级修过程中不可缺少的一道工序,由于齿轮箱输入轴和输出轴部位的密封采用的是非接触式迷宫密封,齿轮箱清洗时水或清洁剂通过迷宫密封处的间隙流入齿轮箱,造成齿轮箱机油乳化。
  3.3运用维护
  动车组在运用过程中,齿轮箱迷宫密封部位或多或少都会出现漏油、甩油现象,齿轮箱机油量减少时需补油加油,临时补油加油容器等黏有水分或潮湿也会导致油污染乳化。
  3.4乳化后的废油未排干净
  齿轮箱已乳化的废油未完全排干净,在向齿轮箱注入新油时,齿轮箱内部已乳化的残留机油与新油混合,最终导致二次污染乳化。
  3.5油品水含量超标
  新油水含量超标,导致齿轮箱机油乳化变质。
  4 控制预防措施
  4.1进一步优化齿轮箱密封结构
  经过对弗兰德齿轮箱持续跟踪调查发现,齿轮箱大齿轮外侧迷宫密封处普遍渗油,少数齿轮箱大齿轮内侧迷宫密封处渗油,个别小齿轮内侧、小齿轮外侧等部位也有渗油现象。上述渗漏原因在于最初设计的齿轮密封结构为2道2腔密封,密封效果不良,在进行升级为2.429齿轮箱后,将密封结构改为3道3腔密封,密封效果有了显著改善。因此齿轮箱迷宫密封处的结构优化还有很大的改善空间,如对排水孔尺寸进行优化、增加防水挡圈等都能有效提升齿轮箱密封性能。
  4.2加强齿轮箱三级修清洗时的防护
  齿轮箱外壳清洗前迷宫密封处应做好防护,清洗过程中严禁采用高压水对着迷宫密封处进行冲洗,也不可采用水淋的方式清洗,迷宫密封部位最好采用湿润的百洁布进行擦洗,清洗完成后最好打开放油堵,查看是否有水流出。
  对于不慎进水或乳化的齿轮箱,采用内部清洗的方法对齿轮箱进行清洗,打开注油堵,用注油机将齿轮箱油注入。观察油位计,油面在最大及最小线之间。启动轮对转动机,转速为100±10转/min,转动时间为15min。打开放油塞将齿轮箱机油放入新的盛油容器内,并观察放出润滑油状态,齿轮箱机油应清澈。如果齿轮箱油有乳化发白的现象,重新按上述步骤操作,直至放出的齿轮箱油清澈为止。
  实践中发现,齿轮箱三级修后机油乳化80%是由于迷宫密封处进水造成的,因此齿轮箱三级修过程中迷宫密封处防护好坏对杜绝齿轮箱进水、减少机油乳化具有直接显著的影响。
  4.3补油加油时的控制
  动车组运营过程中,由于齿轮箱漏油、甩油现象不可避免,当齿轮箱机油位下降至油位计下刻线以下时,就要及时补油加油。临时补油、加油容器必须干净无水分,运输过程中不能被雨水淋湿,以免雨水进入容器,造成齿轮箱机油乳化。
  4.4乳化后的控制要求
  动车组在运用中发现齿轮箱机油乳化,要及时放出乳化的齿轮箱机油,应在热态下放油,不允许冷却后放油,冷却后的齿轮箱油容易附着在箱体内部,导致油液不能完全排放干净,排油时应等到乳化的油液不再流出为止。从齿轮箱内部结构看,轴承和齿轮均采用飞溅润滑,齿轮箱箱体底部均设有油池存储润滑油,轴承座设有集油槽和回油孔,从动齿轮飞溅的润滑油经轴承座上集油槽流入轴承内部润滑轴承。乳化后的齿轮箱油滞留在集油槽、回油孔、箱体内壁和齿轮上,若齿轮箱油不能完全排干净,将对新加入齿轮箱的机油造成二次污染,导致新油乳化变质。对发生乳化后更换了新油的齿轮箱,必须重点观察其是否再次乳化,如果再次发生乳化,按上述步骤重新更换新油,直至不再乳化为止。
  4.5新油的控制要求
  新油水含量超标将会造成批量齿轮箱机油乳化,因此检修部门和运用部门应定期对新齿轮箱油样品送检化验,避免新油水含量超标引起的齿轮箱机油乳化。
  5 实施效果
  前述控制预防措施在CRH3型动车组三级作业中得到了实施,从实施的结果来看,由于采用了控制预防措施,三级修新出厂车组未再出现齿轮箱机油乳化现象,该措施使得这一问题得到了根本解决,实施效果非常显著。
  6 结语
  随着对高速动车组运用情况认识的加深,齿轮箱的结构也在进行不断改进和优化。动车组投入运行初期即发现的密封结构不良、齿轮箱润滑油乳化等问题,暴露了国外设计公司未考虑非接触式迷宫密封处外部水进入箱体问题。齿轮箱机油乳化使得机油润滑能力下降,齿轮箱内部零件急剧磨损锈蚀,严重影响列车的性能、寿命及安全,对于高速动车组其影响则更为显著。经过不断的探讨与研究,总结出了一套成熟的针对CRH3型动车组三级修的控制预防措施,该措施使得齿轮箱机油乳化问题得到基本解决,同时实践验证了该措施在提高效率、降低成本等方面具有明显成效。
来源:《中国高新技术企业》2016年8期
发布时间:2019-06-27