鐵道客車軸箱端部環(huán)境試驗研究

林祥禮，劉瑩瑩，王榮國，魏文波，姜 英，宋 彬，楊東軍，于德光

(中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031)

軸箱作為軌道車輛結構中重要的部件之一，在保護軸承、隔絕污垢和濕氣、避免熱軸甩車等方面具有重要作用。目前對于轉(zhuǎn)向架軸箱端部環(huán)境的研究只局限于密封、組裝和溫度測試方面，例如：王喜紅[1]對PW-220K型轉(zhuǎn)向架軸承油脂變色原因進行了研究，分析了輪對軸箱裝置密封形式、車輛運行環(huán)境和油脂質(zhì)量對油脂變色造成的影響，并提出了改善建議；鄧普忠[2]通過對比試驗分析了客車熱軸甩車原因，判斷輪軸軸箱蓋組裝不正位是造成熱軸的問題所在，并提出采取細化工藝標準，嚴禁使用大扭矩電動和風動扳手，確保螺栓對角均勻預緊等措施確保事故不再發(fā)生；羅彥云[3]對某新型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸箱溫升異常進行了分析，確定軸承安裝孔與形位公差不理想是導致溫升異常的主要原因，并進行了溫升試驗驗證。上述文獻針對轉(zhuǎn)向架軸箱端部環(huán)境變化規(guī)律的研究并不深入，尤其在溫度和壓力方面。

本文將以軸端接地裝置為研究對象，對轉(zhuǎn)向架軸箱端部的運行環(huán)境進行試驗研究，分析輪軸在啟動、運行平穩(wěn)和停止3個階段中軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)溫度、壓力變化情況以及軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽和軸承外側(cè)的油脂分布情況，從而掌握軸箱端部環(huán)境變化對油脂甩出的影響。

1 試驗研究

在實物輪軸疲勞試驗臺上安裝EC-4型鐵道客車軸端接地裝置進行輪軸試驗。設定車軸轉(zhuǎn)速為700 r/min，相當于裝用φ915 mm車輪的車輛運行速度為120 km/h，這與鐵道客車在線運行速度一致。在試驗過程中，利用JWS/2031K型溫度傳感器和HM26-2-A1-F0-W2型壓力傳感器檢測軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的溫度和壓力，并用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)每隔2 s記錄一次。

輪軸從啟動—運行平穩(wěn)—停止為一個完整的試驗周期，試驗分3個試驗周期進行。第1個試驗周期為96 h，第2和第3個試驗周期為72 h，整個試驗過程共240 h，相當于車輛在線路上運行28 800 km。通過試驗觀察軸箱端部環(huán)境變化對軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽、軸承外側(cè)的油脂分布情況的影響，具體流程為：軸承、迷宮槽涂油脂—安裝軸端接地裝置，啟動輪軸疲勞試驗臺，運行96 h后停止，記錄壓力和溫度—拆下軸端接地裝置，觀察軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽、軸承外側(cè)的油脂分布情況。

(1) 為使軸承油脂分布均勻，減少油脂對試驗的影響，采用人工方式對軸承涂抹鐵道客車滾動軸承Ⅳ型油脂680 g。先安裝軸承，再將軸端接地裝置的軸承壓板安裝至軸端。按照《鐵路客車電氣裝置檢修規(guī)則(試行)》對軸端接地裝置軸箱蓋迷宮槽涂Ⅳ型油脂40 g，涂完后安裝軸箱蓋。在軸承壓蓋與軸箱蓋平齊位置涂抹美孚力富SHC100油脂(紅色)。

(2) 將溫度傳感器和壓力傳感器安裝至軸箱蓋預留好的接口處，啟動輪軸疲勞試驗臺和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，直至輪軸停止轉(zhuǎn)動，試驗臺共運行96 h。

(3) 拆下軸端接地裝置，觀察軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽和軸承外側(cè)的油脂分布情況。

(4) 依次進行步驟(2)和(3)，試驗臺運轉(zhuǎn)72 h，共重復2次。每次輪軸停止轉(zhuǎn)動后觀察軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽和軸承外側(cè)的油脂分布情況。

2 試驗結果及分析

2.1 壓力和溫度變化

2.1.1 輪軸啟動階段

在輪軸啟動階段，由于數(shù)據(jù)密集且存在噪聲和毛刺，對相鄰60個數(shù)據(jù)計算算術平均值，并進行平滑去噪，得到軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)壓力、溫度隨時間的變化曲線，如圖1所示。

由圖1(a)可以看出，隨著時間的增加，軸承外側(cè)和軸箱蓋內(nèi)的壓力略有增加，但兩者相差不大，均在0.006～0.014 kPa范圍內(nèi)波動。由圖1(b)可以看出，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)溫度均隨時間的增加而逐漸升高，兩者上升速度基本一致，軸箱蓋內(nèi)溫度高于軸承外側(cè)溫度；隨著試驗時間的增加，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)溫度上升速度減緩。

圖1 輪軸啟動階段軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)壓力、溫度隨時間變化曲線圖

2.1.2 輪軸運行平穩(wěn)階段

在輪軸運行平穩(wěn)階段，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力、溫度變化如圖2所示。由圖2(a)可以看出，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力均在0.005～0.012 kPa范圍內(nèi)波動，軸箱蓋內(nèi)的壓力略高于軸承外側(cè)，但兩者相差不大，與輪軸啟動階段的壓力差別不大。由圖2(b)可以看出，輪軸運行平穩(wěn)后，軸箱蓋內(nèi)溫度高于軸承外側(cè)溫度，軸承外側(cè)溫度約56 ℃，軸箱蓋內(nèi)溫度約63 ℃。

圖2 輪軸運行平穩(wěn)階段軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)壓力、溫度隨時間變化曲線圖

2.1.3 輪軸停止階段

在輪軸停止階段，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力、溫度變化如圖3所示。從圖3可以看出，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力均在0.005～0.015 kPa范圍內(nèi)波動，與輪軸啟動階段壓力差別不大；隨著時間的增加，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的溫度逐漸降低，壓力變化不明顯。

圖3 輪軸停止階段軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)壓力、溫度隨時間變化曲線圖

2.2 壓力和溫度變化對油脂分布的影響

(1) 完成第1個試驗周期的96 h試驗后，拆下軸端接地裝置，觀察軸箱蓋內(nèi)、迷宮槽和軸承外側(cè)的油脂分布情況，發(fā)現(xiàn)軸箱蓋內(nèi)及迷宮槽位置均無油脂。

(2) 在第1個試驗周期的基礎上繼續(xù)運行72 h后，再次拆下軸端接地裝置觀察油脂分布，此時軸箱蓋內(nèi)仍無油脂滲入，但迷宮槽可見少量的油脂，迷宮槽位置有微量紅色油脂滲入。

(3) 在第1和第2個試驗周期的基礎上繼續(xù)運行72 h后，拆下軸端接地裝置觀察油脂分布情況?？梢钥闯?，在軸承下部有較多的油脂積聚，并滲入到迷宮槽位置，且在迷宮槽內(nèi)一小段區(qū)域可觀察到少量紅色油脂分布。

3 結論

通過分析輪軸在啟動、運行平穩(wěn)和停止3個階段中軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力和溫度變化，可以得出以下結論：

(1) 在輪軸啟動階段，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的溫度不斷升高并逐漸趨于穩(wěn)定；在輪軸運行平穩(wěn)階段，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的溫度幾乎保持不變；在輪軸停止階段，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的溫度不斷下降。

(2) 在整個運行過程中，軸箱蓋內(nèi)與軸承外側(cè)的壓力波動微小，且兩者差別不大。

(3) 在整個運行過程中，軸箱蓋內(nèi)和軸承外側(cè)的壓力和溫度的變化對軸承外側(cè)油脂分布的影響不大。

(4) 壓力和溫度的變化并不是軸承外側(cè)油脂甩出的主要因素。