铁道客车轴箱端部环境试验研究

2021-08-30林祥礼刘莹莹王荣国魏文波杨东军于德光

铁道车辆 2021年4期

林祥礼，刘莹莹，王荣国，魏文波，姜英，宋彬，杨东军，于德光

(中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛 266031)

轴箱作为轨道车辆结构中重要的部件之一，在保护轴承、隔绝污垢和湿气、避免热轴甩车等方面具有重要作用。目前对于转向架轴箱端部环境的研究只局限于密封、组装和温度测试方面，例如：王喜红[1]对PW-220K型转向架轴承油脂变色原因进行了研究，分析了轮对轴箱装置密封形式、车辆运行环境和油脂质量对油脂变色造成的影响，并提出了改善建议；邓普忠[2]通过对比试验分析了客车热轴甩车原因，判断轮轴轴箱盖组装不正位是造成热轴的问题所在，并提出采取细化工艺标准，严禁使用大扭矩电动和风动扳手，确保螺栓对角均匀预紧等措施确保事故不再发生；罗彦云[3]对某新型地铁车辆转向架轴箱温升异常进行了分析，确定轴承安装孔与形位公差不理想是导致温升异常的主要原因，并进行了温升试验验证。上述文献针对转向架轴箱端部环境变化规律的研究并不深入，尤其在温度和压力方面。

本文将以轴端接地装置为研究对象，对转向架轴箱端部的运行环境进行试验研究，分析轮轴在启动、运行平稳和停止3个阶段中轴箱盖内和轴承外侧温度、压力变化情况以及轴箱盖内、迷宫槽和轴承外侧的油脂分布情况，从而掌握轴箱端部环境变化对油脂甩出的影响。

1 试验研究

在实物轮轴疲劳试验台上安装EC-4型铁道客车轴端接地装置进行轮轴试验。设定车轴转速为700 r/min，相当于装用φ915 mm车轮的车辆运行速度为120 km/h，这与铁道客车在线运行速度一致。在试验过程中，利用JWS/2031K型温度传感器和HM26-2-A1-F0-W2型压力传感器检测轴箱盖内和轴承外侧的温度和压力，并用数据采集系统记录数据，试验数据每隔2 s记录一次。

轮轴从启动—运行平稳—停止为一个完整的试验周期，试验分3个试验周期进行。第1个试验周期为96 h，第2和第3个试验周期为72 h，整个试验过程共240 h，相当于车辆在线路上运行28 800 km。通过试验观察轴箱端部环境变化对轴箱盖内、迷宫槽、轴承外侧的油脂分布情况的影响，具体流程为：轴承、迷宫槽涂油脂—安装轴端接地装置，启动轮轴疲劳试验台，运行96 h后停止，记录压力和温度—拆下轴端接地装置，观察轴箱盖内、迷宫槽、轴承外侧的油脂分布情况。

(1) 为使轴承油脂分布均匀，减少油脂对试验的影响，采用人工方式对轴承涂抹铁道客车滚动轴承Ⅳ型油脂680 g。先安装轴承，再将轴端接地装置的轴承压板安装至轴端。按照《铁路客车电气装置检修规则(试行)》对轴端接地装置轴箱盖迷宫槽涂Ⅳ型油脂40 g，涂完后安装轴箱盖。在轴承压盖与轴箱盖平齐位置涂抹美孚力富SHC100油脂(红色)。

(2) 将温度传感器和压力传感器安装至轴箱盖预留好的接口处，启动轮轴疲劳试验台和数据采集系统，直至轮轴停止转动，试验台共运行96 h。

(3) 拆下轴端接地装置，观察轴箱盖内、迷宫槽和轴承外侧的油脂分布情况。

(4) 依次进行步骤(2)和(3)，试验台运转72 h，共重复2次。每次轮轴停止转动后观察轴箱盖内、迷宫槽和轴承外侧的油脂分布情况。

2 试验结果及分析

2.1 压力和温度变化

2.1.1 轮轴启动阶段

在轮轴启动阶段，由于数据密集且存在噪声和毛刺，对相邻60个数据计算算术平均值，并进行平滑去噪，得到轴箱盖内和轴承外侧压力、温度随时间的变化曲线，如图1所示。

由图1(a)可以看出，随着时间的增加，轴承外侧和轴箱盖内的压力略有增加，但两者相差不大，均在0.006～0.014 kPa范围内波动。由图1(b)可以看出，轴箱盖内和轴承外侧温度均随时间的增加而逐渐升高，两者上升速度基本一致，轴箱盖内温度高于轴承外侧温度；随着试验时间的增加，轴箱盖内和轴承外侧温度上升速度减缓。

图1 轮轴启动阶段轴箱盖内和轴承外侧压力、温度随时间变化曲线图

2.1.2 轮轴运行平稳阶段

在轮轴运行平稳阶段，轴箱盖内和轴承外侧的压力、温度变化如图2所示。由图2(a)可以看出，轴箱盖内和轴承外侧的压力均在0.005～0.012 kPa范围内波动，轴箱盖内的压力略高于轴承外侧，但两者相差不大，与轮轴启动阶段的压力差别不大。由图2(b)可以看出，轮轴运行平稳后，轴箱盖内温度高于轴承外侧温度，轴承外侧温度约56 ℃，轴箱盖内温度约63 ℃。