SW-220K轴箱体进水问题分析及防范

商好强 卢庆洲 孙立柱

中车唐山机车车辆有限公司 转向架技术中心，河北 唐山 063000

中车唐山机车车辆有限公司 质量管理部，河北 唐山063000

中车唐山机车车辆有限公司 转向架技术中心，河北 唐山 063000

摘 要：针对时速160公里鼓形车体动力集中动车组轴箱体内壁出现水珠导致轴承锈蚀问题，介绍了轴箱体密封原理，分析了轴箱体出现水珠的可能原因和影响因素，提出了行之有效的预防措施。

关键词：160动力集中动车组；轴箱体；水珠

前言

由中车唐山机车车辆有限公司生产的时速160公里鼓形车体动力集中动车组（以下简称160动集）采用SW-220K转向架，在西安路局、南昌路局、济南路局等大量运用。不仅为广大乘客提供了安全、舒适和方便快捷的出行体验，而且加速了区域经济融合，加强了经济区之间的沟通联系，具有巨大社会效益^[1]。

目前，某车辆段反馈在列车运行60万公里进行D3修过程中发现，个别轴箱体内存在水珠并导致轴承锈蚀的现象，原因不详。若不及时消除该现象，会影响轴承寿命，造成极大的经济损失，甚至有可能影响行车安全。

1. 轴箱体密封原理

目前，160动集轮对轴箱装置采用金属迷宫和O型密封圈方式密封，主要包括轴箱体、防尘板、轴箱前盖、圆柱滚子轴承和O型密封圈等部件，如图1所示。

1—防尘板；2—轴箱体；3—圆柱滚子轴承；4—轴温传感器安装孔；

5—密封圈；6—轴箱前盖；7—压板；8—压板螺栓；9—防松铁线

图1 金属迷宫式轴箱装置示意图

1. 1. 金属迷宫密封

金属迷宫由轴箱体和防尘板装配而成，尺寸分别如图2、图3所示。由计算得，金属迷宫径向单边游隙为0.8mm～1.1mm，金属迷宫轴向游隙为2.17mm～3.7mm。由于金属迷宫密封的防尘板和轴箱体间存在间隙，无固体接触，无需润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高转速、高压的场合。金属迷宫密封机理：流体通过金属迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体有流体力学效应，包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外还有“透气效应”，即平衡轴箱体与外界压力等。金属迷宫效应则是这些效应的综合反应。另外，在轴箱体迷宫处开设排气（排水）孔，并且竖直向下。通过上述结构及原理达到阻止外界雨水、杂质等进入轴箱体的目的。

图2 轴箱体金属迷宫示意图

图3 防尘板示意图

1. 2. O型密封圈密封

O型密封圈是一种截面形状为圆形的橡胶圈，轴箱体前盖与轴箱体配合位置用两道O型密封圈进行密封，如图1所示。安装时径向或轴向方面初始压缩，赋予O型密封圈自身初始密封能力。由系统压力而产生的密封力与初始密封力合成总的密封力，并随系统压力增加而增大。其中，组装完成后，第一道密封处要确保轴箱体前盖与轴箱体端部间隙在0.5mm～1.5mm之间，既能使O型密封圈起到密封效果，又能保证轴箱体前盖凸缘将轴承外圈轴向定位。

1. 3. 其他部位密封

偶数轴端预留防滑传感器安装孔未使用状态下，应使用专用密封盖将其封盖，用螺钉紧固，并在预留孔端面与专用密封盖之间垫橡胶垫，如图4所示。

图4 防滑传感器预留孔封盖示意图

2. 轴箱体进水原因分析

影响轴箱体密封效果的主要环节包括：轴箱体自身密封结构特点、轴端整体组装精度、车辆运用状况。下面主要对上述3个环节中可能导致轴箱体进水的因素进行分析。

1. 1. 迷宫存在间隙

由于防尘板与轴箱体配合处金属迷宫存在间隙，车辆在正常运用条件下可以保证密封效果。若车辆长时间运用在多雨季节，金属迷宫处有进水风险。车辆入段清洁时，若用高压水枪直接冲洗车轮轮毂和幅板位置，此时金属迷宫进水量很可能超过轴箱体排气（排水）孔排泄能力，导致水沿着迷宫间隙进入轴箱体内。

1. 2. O型密封圈损坏

O型密封圈可能损伤形式及原因：螺旋状失效，主要原因：零件的同轴度低、润滑不够充分，当O型密封圈的某部分在滑动而另一部分却在滚动，从而引起扭曲或裂口。安装过程中损坏，主要原因：密封沟槽上有尖锐棱角或导入的倒角不符合设计要求，从而使O型密封圈被尖锐的刃口切伤，表面产生起皮或凹痕现象。

1. 3. 零件同轴度差、刚度低

若轴箱体迷宫或防尘板同轴度不符合设计要求，两者组装后会导致金属迷宫直径方向两端间隙不对等现象。若车轴轴头刚度较低，在径向力作用下轴端产生较大挠曲变形，同理造成金属迷宫直径方向两端间隙不对等现象。当上述现象产生时，会降低金属迷宫密封效果，间隙不对等度越高，密封效果越差。

1. 4. 排水孔堵塞

排气（排水）孔被油脂、灰尘等混合物堵塞时，金属迷宫失去排水能力，当水进入迷宫后更容易沿迷宫间隙进入轴箱体内部。

1. 5. 气候因素

当车辆在昼夜温差大、环境湿度大、海拔变化大的环境下运用时，白天车辆在运用过程中轴箱体内腔温度高、压力大，空气受热膨胀排出。夜晚车辆停运时轴箱体内腔温度降低，热空气收缩，外界潮湿空气回进入轴箱体并在轴箱体内壁形成凝露

^[2]。若车辆在该环境中长时间停运，会造成油脂变稀、变质，轴承腐蚀^[3]。

1. 6. 防滑传感器预留孔密封不良

防滑传感器预留孔专用密封盖在车辆运用过程中，由于钢板氧化、锈蚀、安装精度等问题会出现密封不良问题。

3. 轴箱体进水的预防措施

针对上述对轴箱体密封原理和轴箱体进水可能原因分析，获得以下可行措施避免轴箱体进水问题及其危害。

1. 1. 加强零部件质量控制

加强供应商管理、保证产品质量，确保轴箱体、轴箱体前盖和防尘板同轴度符合图纸要求；确保O型密封圈安装槽尺寸、轴箱体安装导入角大小满足设计要求。

1. 2. 采用合理工艺流程

安装O型密封圈前在其表面涂抹润滑油，安装过程中O型密封圈导入轴箱体时防止对密封圈切伤。

车辆入段清洗过程中，禁止用高压水枪对轴箱体与车轮间的间隙进行清洗，检查轴箱体排气（排水）孔是否有堵塞现象，并对防滑传感器预留孔处密封状态进行检查。

1. 3. 选配合理迷宫尺寸

在装配过程中采用优化选配尺寸，减小配合公差带的方法^[4]，在选配轴箱体与防尘板时，尺寸公差取中间值，控制选配间隙在0.8mm～0.9mm之间，降低轴箱体进水的可能性。

1. 4. 合理化运营

建议车辆段在客流量不饱和时，提高车辆的运用频次，避免长时间停放，以降低轴箱体内壁凝露对轴箱体的危害。

4. 结束语

采取上述措施，从设计、工艺、检修层面保证产品质量，并合理化运用车辆，就能够杜绝轴箱体进水故障。

参考文献

[1] 郑拓. 我国高速铁路与经济发展研究[J]. 铁道学报. 2020, 42(07): 34-41.

[2] 张保林，王长海，王宏图，等. CW-200K型客车转向架轴箱后端甩油的分析及解决[J]. 轨道交通装备与技术. 2017(06): 43-45.

[3] 王子君. 滚动轴承锈蚀机理分析[J]. 轴承. 2012(02), 53-58.

[4] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京:化学工业出版社,2002.