李 斌

（中車太原機(jī)車車輛有限公司，山西 太原 030027）

軸箱裝配是機(jī)車轉(zhuǎn)向架組成的重要部分，裝配在車軸兩端的外側(cè)軸頸上，是將車輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)車相對鋼軌做直線運(yùn)動的承載部件。它將機(jī)車的重量經(jīng)過輪對傳遞給鋼軌，并將來自輪對的牽引力、制動力等作用力傳遞給轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。此外，它還傳遞輪對與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間的橫向作用力和縱向作用力，是一個(gè)活動關(guān)節(jié)，對提高機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)定性和改善機(jī)車動力曲線的通過性具有重要作用。

軸箱裝配主要包括軸箱體、軸箱軸承、軸承潤滑脂、防塵圈、擋板、軸箱內(nèi)端蓋、軸箱外端蓋、隔環(huán)、擋油環(huán)等零部件。軸箱裝配的零部件的檢修質(zhì)量及其后續(xù)的組裝質(zhì)量直接關(guān)系著整個(gè)軸箱裝配的運(yùn)用質(zhì)量，對機(jī)車的正常運(yùn)行有重要的影響[1-3]。

1 電力機(jī)車軸箱裝配溫升異常故障概述

2019 年4 月25 日，某型電力機(jī)車經(jīng)某工廠大修檢修完成后，進(jìn)入整車正線試運(yùn)工序，在到達(dá)正線試運(yùn)終點(diǎn)站時(shí)，對該機(jī)車試運(yùn)狀態(tài)進(jìn)行檢查。檢查測量該機(jī)車5 位輪對左側(cè)軸箱裝配溫度為47 ℃（環(huán)境溫度為11 ℃），雖未超過試驗(yàn)溫升限度，但通過對比其他位軸箱裝配的溫升情況（其他位軸箱裝配溫度為30 ℃左右），該位軸箱裝配溫升明顯異常偏高；同時(shí)該機(jī)車在低速運(yùn)行時(shí)，在5 位輪對左側(cè)周圍存在圓周方向間斷性的尖銳異響。為了保證該車運(yùn)用質(zhì)量，決定對該車5 位輪對左側(cè)軸箱裝配進(jìn)行拆解檢查。

翌日，該機(jī)車返回檢修工廠進(jìn)行架車檢查。架車前對該車轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置、牽引裝置、懸掛裝置、輪軸驅(qū)動裝置及輪對等各部位進(jìn)行了狀態(tài)檢查和數(shù)據(jù)測量，未發(fā)現(xiàn)存在干涉、接磨、碰撞等異常情況。隨后，對該車進(jìn)行了架車拆解。對5 位輪對電機(jī)左側(cè)軸箱裝配進(jìn)行了解體，解體后發(fā)現(xiàn)其防塵圈的密封齒外圓面（φ258 mm） 處存在摩擦變形、變色的現(xiàn)象（見圖1），呈現(xiàn)錐狀形態(tài)；與之裝配配合的軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面（φ260 mm） 處也存在摩擦金屬熔融堆積、變色的現(xiàn)象（見第136頁圖2），磨損形態(tài)與防塵圈的密封齒外圓面處一致。軸箱裝配拆解后，對其他各零部件及軸箱軸承檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況。

圖1 防塵圈的密封齒外圓面（φ258 mm） 處的磨損情況

2 電力機(jī)車軸箱裝配溫升異常原因分析

針對該軸箱裝配拆解后的情況，初步判定造成該機(jī)車在正線試運(yùn)時(shí)軸箱裝配溫升異常的主要原因?yàn)榉缐m圈與軸箱內(nèi)端蓋異常接磨造成的。

軸箱裝配整體為箱體式封裝軸承結(jié)構(gòu)，兩側(cè)通過端蓋對箱體進(jìn)行密封，其中內(nèi)側(cè)為動態(tài)密封結(jié)構(gòu)，即內(nèi)側(cè)密封通過防塵圈與軸箱內(nèi)端蓋間的迷宮槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，從而實(shí)現(xiàn)對外界雜質(zhì)和水汽的阻隔（見圖3）。

圖3 軸箱裝配組成結(jié)構(gòu)

通過對防塵圈和軸箱內(nèi)端蓋接磨部位的觀察發(fā)現(xiàn)，防塵圈的密封齒外圓面接磨部位呈現(xiàn)從外至內(nèi)的錐度磨損變形，越遠(yuǎn)離車輪處磨損越嚴(yán)重，磨損寬度約20 mm（見圖4）。

圖4 防塵圈的密封齒外圓面呈錐度磨損變形

軸箱內(nèi)端蓋接磨部位為其內(nèi)圓面中部及靠近根部部位（遠(yuǎn)離車輪方向），接磨產(chǎn)生的金屬熔融堆積物附著在軸箱內(nèi)端蓋近似整個(gè)內(nèi)圓面中部及根部上，對其內(nèi)圓面上局部未接磨部位進(jìn)行觀察和檢測，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)圓面中部開始的直徑尺寸存在從外至內(nèi)明顯減小的情況。

為了進(jìn)一步對問題原因進(jìn)行排查分析，對配件裝車情況進(jìn)行了核實(shí)，其中該防塵圈為新制加工產(chǎn)品，軸箱內(nèi)端蓋為原車檢修產(chǎn)品。對防塵圈的密封齒外圓面未接磨部位的直徑、寬度等相關(guān)尺寸及各裝配圓的同軸度進(jìn)行了測量和檢查，均符合要求，未發(fā)現(xiàn)異常情況；對軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面外部直徑尺寸及各裝配圓的同軸度進(jìn)行了測量和檢查，也均符合要求。由于軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面迷宮槽間隙較小，同時(shí)由于存在金屬熔融堆積物，無法直接測量其中部和根部直徑，因此對其未接磨部位從外部至根部進(jìn)行了跳動檢查，發(fā)現(xiàn)其尺寸超限，不滿足裝配要求，從中部開始至根部逐漸減小約2 mm，直徑尺寸減小約4 mm，通過深度尺貼靠根部檢測，也可明顯發(fā)現(xiàn)軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面外部存在明顯間隙（見圖5）。

圖5 軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面直徑從中部至根部逐漸減小

通過上述一系列數(shù)據(jù)測量和分析排查，認(rèn)為造成該機(jī)車軸箱裝配異常發(fā)熱并伴有尖銳異響的主要原因?yàn)樵撐惠S箱裝配內(nèi)端蓋內(nèi)圓面與防塵圈配合部位直徑尺寸成錐度超差造成的。該位軸箱裝配為該機(jī)車5 位輪對軸箱裝配，其軸箱裝配橫動量要求為16 mm±1 mm。機(jī)車在正常運(yùn)行時(shí)，輪對相對軸箱裝配在軸向上會存在0～16 mm 的相對位移，導(dǎo)致防塵圈與軸箱內(nèi)端蓋也存在相應(yīng)的軸向相對位移（見圖6）。

圖6 軸箱裝配防塵圈與軸箱內(nèi)端蓋間的軸向相對位移

通過對該位防塵圈磨損部位進(jìn)行測量，其磨損部位寬度約為20 mm，而外端部磨損損失厚度約為2 mm，呈現(xiàn)錐狀形態(tài)（見第137頁圖7-a）。

由于無法直接對軸箱內(nèi)端蓋磨損部位進(jìn)行尺寸測量，但通過其與防塵圈磨損部位相互干涉摩擦契合的情況來考慮，可以計(jì)算出軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面迷宮槽尺寸超限的起始部位，即距軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面約28.05 mm，其內(nèi)圓面從中部開始直徑尺寸逐步減小，至根部減小尺寸呈錐狀形態(tài)分布（見圖7-b）。

在機(jī)車正常運(yùn)行中，輪對相對軸箱裝配在軸向上會存在0～16 mm 的相對位移，故其當(dāng)防塵圈遠(yuǎn)離軸箱內(nèi)端蓋處于極限位置時(shí)，軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面迷宮槽尺寸超限部位距離理論計(jì)算的防塵圈與其配合部位僅8.05 mm，遠(yuǎn)小于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軸箱裝配橫動量16 mm 的要求（見圖7-c）。機(jī)車在正常運(yùn)行時(shí)，隨著輪對左右的擺動，其防塵圈的密封齒外圓面與軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面中部及根部產(chǎn)生間或性接觸摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量傳至整個(gè)軸箱，導(dǎo)致其運(yùn)行過程中溫升異常。

圖7 故障軸箱裝配防塵圈與軸箱內(nèi)端蓋間的軸向相對位移

存在問題的軸箱內(nèi)端蓋為其原車檢修產(chǎn)品，判定其原車裝車位為1 位、3 位、4 位、6 位輪對軸箱裝配，其軸箱裝配橫動量要求為2 mm±0.5 mm，與2 位、5 位輪對軸箱裝配相比明顯偏小，由于其軸箱內(nèi)端蓋尺寸超限部位從中部開始至根部，在正常運(yùn)行時(shí)，防塵圈不會與其接觸產(chǎn)生接磨，故原車不存在該問題的發(fā)生。由于軸箱內(nèi)端蓋為通用檢修產(chǎn)品，在正常檢修時(shí)也僅對其內(nèi)圓面外部直徑進(jìn)行了測量檢查，導(dǎo)致該存在問題的軸箱內(nèi)端蓋裝車使用；同時(shí)在后續(xù)輪對電機(jī)吻合試驗(yàn)過程中，由于無法模擬輪對左右運(yùn)動的狀態(tài)，也無法直接發(fā)現(xiàn)該質(zhì)量問題，導(dǎo)致了該問題在整車正線試運(yùn)時(shí)暴露。

3 對電力機(jī)車軸箱裝配溫升異常的改進(jìn)措施建議

1） 設(shè)計(jì)制作軸箱裝配內(nèi)端蓋密封齒檢測工裝（見圖8），可直接對軸箱裝配內(nèi)端蓋內(nèi)圓面和防塵圈的密封齒外圓面直徑進(jìn)行檢測，確保軸箱內(nèi)端蓋密封齒與防塵圈不發(fā)生接磨干涉。

圖8 軸箱裝配內(nèi)端蓋密封齒檢測工裝

2） 嚴(yán)格按照軸箱裝配組裝工藝要求操作執(zhí)行，軸箱裝配橫動量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的輪對不得裝車使用。

3） 進(jìn)一步加強(qiáng)輪對電機(jī)吻合試驗(yàn)結(jié)果的卡控，建議增加在軸箱裝配橫動量極限位置工況下的模擬試驗(yàn)。

4 運(yùn)用驗(yàn)證

為了保證該軸箱裝配的運(yùn)用質(zhì)量，決定對該軸箱裝配的防塵圈進(jìn)行新制更換，對其軸箱內(nèi)端蓋內(nèi)圓面進(jìn)行修復(fù)加工，加工后尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求，重新進(jìn)行組裝，經(jīng)輪對電機(jī)吻合試驗(yàn)合格后，裝車運(yùn)用。整車正線試運(yùn)未見異常，試運(yùn)合格。

5 結(jié)束語

軸箱裝配是機(jī)車轉(zhuǎn)向架組成的重要部分，而軸箱裝配橫動量則是軸箱裝配組裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵參數(shù)，是保證機(jī)車正常運(yùn)行的關(guān)鍵。針對軸箱裝配典型故障問題進(jìn)行分析和研究，查找問題的根本原因，制定行之有效的改進(jìn)措施，可實(shí)現(xiàn)對軸箱裝配質(zhì)量的有效控制。