鐵道客車軸箱端部環境試驗研究

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。目前對于轉向架軸箱端部環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、車輛運行環境和油脂質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生；羅彥云[3]對某新型地鐵車輛轉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。上述文獻針對轉向架軸箱端部環境變化規律的研究并不深入，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，對轉向架軸箱端部的運行環境進行試驗研究，分析輪軸在啟動、運行平穩和停止3個階段中軸箱蓋內和軸承外側溫度、壓力變化情況以及軸箱蓋內、迷宮槽和軸承外側的油脂分布情況，從而掌握軸箱端部環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和軸承外側的溫度和壓力，并用數據采集系統記錄數據，試驗數據每隔2 s記錄一次。

輪軸從啟動—運行平穩—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境變化對軸箱蓋內、迷宮槽、軸承外側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、迷宮槽、軸承外側的油脂分布情況。

(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據采集系統，直至輪軸停止轉動，試驗臺共運行96 h。

(3) 拆下軸端接地裝置，觀察軸箱蓋內、迷宮槽和軸承外側的油脂分布情況。

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

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，由于數據密集且存在噪聲和毛刺，對相鄰60個數據計算算術平均值，并進行平滑去噪，得到軸箱蓋內和軸承外側壓力、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，軸承外側和軸箱蓋內的壓力略有增加，但兩者相差不大，均在0.006～0.014 kPa范圍內波動。由圖1(b)可以看出，軸箱蓋內和軸承外側溫度均隨時間的增加而逐漸升高，兩者上升速度基本一致，軸箱蓋內溫度高于軸承外側溫度；隨著試驗時間的增加，軸箱蓋內和軸承外側溫度上升速度減緩。

圖1 輪軸啟動階段軸箱蓋內和軸承外側壓力、溫度隨時間變化曲線圖

2.1.2 輪軸運行平穩階段

在輪軸運行平穩階段，軸箱蓋內和軸承外側的壓力、溫度變化如圖2所示。由圖2(a)可以看出，軸箱蓋內和軸承外側的壓力均在0.005～0.012 kPa范圍內波動，軸箱蓋內的壓力略高于軸承外側，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，輪軸運行平穩后，軸箱蓋內溫度高于軸承外側溫度，軸承外側溫度約56 ℃，軸箱蓋內溫度約63 ℃。

圖2 輪軸運行平穩階段軸箱蓋內和軸承外側壓力、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，軸箱蓋內和軸承外側的壓力、溫度變化如圖3所示。從圖3可以看出，軸箱蓋內和軸承外側的壓力均在0.005～0.015 kPa范圍內波動，與輪軸啟動階段壓力差別不大；隨著時間的增加，軸箱蓋內和軸承外側的溫度逐漸降低，壓力變化不明顯。

圖3 輪軸停止階段軸箱蓋內和軸承外側壓力、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、迷宮槽和軸承外側的油脂分布情況，發現軸箱蓋內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運行72 h后，拆下軸端接地裝置觀察油脂分布情況。可以看出，在軸承下部有較多的油脂積聚，并滲入到迷宮槽位置，且在迷宮槽內一小段區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、運行平穩和停止3個階段中軸箱蓋內和軸承外側的壓力和溫度變化，可以得出以下結論：

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

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

(3) 在整個運行過程中，軸箱蓋內和軸承外側的壓力和溫度的變化對軸承外側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油脂甩出的主要因素。