單軌齒輪箱輸入迷宮密封漏油改進及驗證

秦 軍

（重慶凱瑞傳動技術有限公司，重慶 401122）

重慶2、3號線為跨座式單軌列車，其中2號線早期車輛為日本進口，2號線后期及3號線為完全國產化車輛。齒輪箱是轉向架的關鍵部件，密封是齒輪箱的關鍵功能。潤滑油泄漏不僅會污染環境，而且會增加列檢的工作量（需要重點檢查齒輪箱中的油位）。國產化的齒輪箱在重慶2號線上運行時，運行性能及密封效果幾乎與進口齒輪箱一致，但在重慶3號線運行時，齒輪箱的輸入軸迷宮密封部位出現了漏油現象。基于重慶3號線運行的齒輪箱輸入軸迷宮密封的漏油問題進行分析，制定改進措施，進行臺架試驗驗證和裝車試驗驗證。

1 漏油現象及比例

用戶在列檢時發現齒輪箱輸入軸迷宮位置堆積了大量灰塵，用手觸摸灰塵，發現灰塵濕漉漉的。仔細觀察，部分齒輪箱輸入軸迷宮密封位置有明顯油跡。齒輪箱輸入軸迷宮位置漏油現象如圖1所示。列車為6輛編組，12個轉向架共配置24臺齒輪箱，其中動車齒輪箱18臺，拖車齒輪箱6臺，只有動車齒輪箱有輸入軸結構。排查該列車齒輪箱輸入軸密封情況，其中16臺齒輪箱輸入軸有漏油現象，漏油比例達89%。分批次排查3號線上運營的其他列車齒輪箱輸入端的密封情況，發現總體情況基本相同。

2 迷宮密封原理

迷宮密封是一種非接觸式密封，具有長壽命、免維護的特點。該密封結構中通過人為在固定端蓋和（或）旋轉軸之間的泄油道內設計多個齒或者槽來增加泄漏流體的流動阻力，從而造成泄漏的流體的壓力差急劇損失[1]。通過迷宮間隙泄漏的潤滑油在甩油環的作用下，利用離心力將高速運動的潤滑油甩向端蓋內壁，附著在端蓋內壁上的潤滑油在重力作用下靜止于回油腔中，然后通過回油道流回箱體內部，從而實現潤滑油的密封。一種典型的三腔密封結構如圖2所示，主要包括1級回油腔、2級回油腔、甩油環以及回水腔等結構。

3 齒輪箱輸入軸迷宮密封結構分析

齒輪箱輸入軸迷宮結構是一個比較典型的2腔式迷宮密封（由于結構受限及考慮軌道面不積水，未設計回水腔），有1個較小的1級回油腔和1個較大的2級回油腔。2個并緊的鎖緊螺母和半聯軸節上的一部分兼具甩油環的功能。在軸承座的正下方設計了3條Φ8 mm的回油道，回油道直通齒輪箱內部。齒輪箱輸入軸迷宮密封結構見圖3。

4 漏油原因分析

針對齒輪箱輸入軸迷宮位置的漏油，從可能引起泄漏的人、機、料、法、環共5個方面出發，利用魚骨圖進行系統分析。魚骨圖分析結果見圖4。

在魚骨圖分析的基礎上，逐條對可能產生泄漏的原因進行詳細分析，排除非關鍵原因，找到真正的漏油原因，分析結果見表1。

表1 迷宮漏油原因詳細分析

從表1可以看出，回油不暢是潤滑油泄漏的關鍵原因。解決回油問題是解決潤滑油泄漏問題的改進方向。出現回油不暢的原因是車輛在軌道上是雙向運行，中間軸大齒輪將會產生雙向旋轉。當輸入軸逆時針旋轉時，中間軸大齒輪的旋轉方向使箱體底部的潤滑油涌向回油孔，使得潤滑油對輸入端迷宮密封位置形成一種倒灌現象[2]。中間軸大齒輪持續轉動，使得具有動能的潤滑油被困在輸入軸承座和下箱體之間的夾角區域，封堵了3個Φ8 mm的回油孔，導致2級回油腔的潤滑油量持續積累，最終在車輛下坡及車輛加、減速的綜合工況作用下使得潤滑油從迷宮間隙流出[3]。潤滑油的聚集示意圖見圖5。

5 改進措施

根據分析確定了齒輪箱輸入迷宮漏油的可能原因，現在針對原因在原始設計的基礎上提出改進措施。原始設計的回油孔由下箱體和輸入軸承座構成，回油道的最小截面出現在輸入軸承座上，為3個Φ8 mm的孔，見圖6。

改進方案是在原始設計的油孔位置，從軸承座一側（箱體內側）使用鉆孔工藝擴大回油孔直徑，將回油孔由3個Φ8 mm的孔改制成3個Φ13 mm的孔，見圖7。回油孔擴大可以增加回油量，減小潤滑油在孔內的流動阻力[4]。此外，改變回油孔在箱體內部的位置，可以降低中間軸大齒輪旋轉攪油對回油的影響[5]。

6 試驗驗證

6.1 臺架試驗驗證

將回油孔改進后的齒輪箱安裝在出廠例行試驗臺上，按最高油位線加注潤滑油量，約5.2 L。按照車輛運行時的速度、極限軌道坡度（60‰）、空載下進行模擬試驗，齒輪箱空載試驗參數見表2，試驗臺布置見圖8。試驗過程中使用紅外線測溫儀監測齒輪箱溫度，目測及用擦拭紙擦拭檢查輸入軸迷宮位置的泄露情況。試驗結果表明，齒輪箱溫度正常，輸入軸迷宮位置未見潤滑油泄漏，證明改進方向正確，改進措施在臺架上運行有效。

表2 齒輪箱空載試驗參數

6.2 裝車試驗驗證

改進措施的最終有效性需要安裝在車輛上進行正線載客運營試驗驗證。將改制好輸入軸承座回油孔的齒輪箱換裝到正線運營的車輛上進行正線載客試驗，車輛列檢時目測檢查輸入軸迷宮位置的漏油情況。結果顯示，對車輛持續多年的跟蹤檢查未發現輸入軸迷宮位置有潤滑油泄漏的現象，表明改進方向正確，改進措施在正線運營中具有有效性。

7 結語

通過臺架試驗、裝車運營試驗驗證表明，單軌齒輪箱輸入軸迷宮漏油的改進措施有效，解決了齒輪箱輸入軸迷宮密封的漏油問題，減少了日常列檢中對齒輪箱油位檢查的工作量，提高了顧客對產品的滿意度。本次漏油改進驗證也為后續齒輪箱迷宮密封的回油孔設計找到了一個新方向，即設計回油孔在箱體內部的位置時要考慮齒輪攪油的影響，且回油孔在結構允許的情況下，截面積應盡可能設計大一些。