广州地铁某型车转向架轴箱进水原因分析及解决措施

陈忠明 曾 成 吕子雷

(广州地铁集团有限公司运营事业总部，510030，广州∥第一作者，工程师)

1 车辆转向架轴箱进水情况简述

广州地铁某型车在运营过程中发生多起转向架轴箱进水现象。进水导致轴承锈蚀、润滑油脂乳化、润滑性能下降，甚至出现轴承烧损(见图1)，给列车的正线运营带来了严重隐患。因此，有必要对地铁车辆轮对轴箱轴承的进水问题进行分析调查，并采取措施，避免隐患扩大给正线运营造成更为严重的影响。

a) 轴箱轴承锈蚀

b) 轴箱轴承烧损

2 轴箱及接地装置结构原理

该型地铁车辆的转向架为国内主机厂在引进、消化、吸收西门子SF2500型转向架基础上开发而来。其中，轴箱及接地装置均进行了国产化。轴箱结构如图2所示，轴承外圈与轴箱体采用间隙配合，轴承内圈与轴颈采用过盈配合压装而成；轴承内圈采用轴承挡圈定位，固定方式为3颗开口止动螺钉固定；轴承外圈采用轴箱内外端盖进行定位，内外端盖采用螺钉固定。

注：1——轴箱体；2——CTBU(紧凑型圆锥滚子轴承单元)；3——轴端盖；4——止动螺钉；5——外端盖；6——螺钉；7——锁紧垫圈；8——O型环；9——前端盖；DR1、DR2——定距环。

如图3所示，接地装置由接触盘、刷极、接地装置外壳组成。接触盘由3颗内六角螺栓固定在轴承挡圈上，整个接地装置采用3颗螺钉(图3中编号15)固定在轴箱外端盖上。

注：1——碳刷安装架；2——盖板和压力单元；3——隔离支架；4——隔离垫圈；5——垫片；6——碳刷；7——O型圈；8——接触盘；9——有耳垫圈；10——O型圈；11——螺钉(35 Nm)；12——弹簧垫圈；13——螺钉(6.5 Nm)；14——垫圈；15——螺钉(40 Nm)；16——TREP垫圈；17——大号平垫圈；18——螺钉(35 Nm)；19——弹簧垫圈；20——螺钉(20 Nm)；21——弹簧垫圈；A——接地电缆；B——弹簧。

3 轴箱进水原因分析

经现场检查发现，进水轴箱大多集中在每节车的第1轴或者第4轴轮对，且均安装有接地装置。初步分析判断认为，轴箱进水与接地装置的密封性较差有一定关系。此外，通过安装摄像头进行监控，发现列车在高速运行过程中有大量空调冷凝水沿车体端墙吹落至轴箱接地装置上(每节车第1、第4轮对)。列车回库后拆卸其接地装置，发现内部确实有渗水情况。

3.1 轴箱外端端盖密封性分析

轴箱外端盖与轴箱体间的配合为间隙配合，其间隙为0.349～1.051 mm。轴箱O型密封圈规格为215.0 mm×3.8 mm。一旦间隙大于1.300 mm，将导致O型密封圈处于自由状态，无法进行可靠密封[1]。通过现场测量及计算发现，仅有个别轴箱外端盖与轴箱体间的间隙比正常设计值稍大，可能存在进水情况。但是考虑到渗水轴箱处均安装有接地装置，因此可以认为轴箱外端盖与轴箱体的间隙并非主要进水处。

3.2 接地装置密封性分析

从图3可以看出，影响接地装置密封性能的主要影响因素有：压力端盖与碳刷安装架的安装间隙、压力端盖与碳刷安装架间O型密封圈的尺寸。

3.2.1 密封位置倒角尺寸核查

图4 轴箱端盖倒角尺寸测量结果

图5 隔离支架倒角尺寸测量结果

3.2.2 密封位置配合间隙核查

接地装置压力端盖与碳刷安装支架之间为间隙配合，通过O型圈进行密封。在调查过程中发现：个别接地装置压力端盖因为尺寸不一致，导致无法完全装配到位(如图6所示)，边缘有凸起，配合面不能贴合而留有缝隙，导致接地装置的密封性能下降，轴箱内部出现进水现象。

图6 压力端盖装配不到位

3.3 维修装配工艺调查分析

在调查过程中发现，进水轴箱基本集中在国产轴箱，进口轴箱仅有一例；在国产轴箱的进水案例中，安装国产接地装置的占比为71.4%，安装进口接地装置的占比为28.6%。为此，进一步分析进口轴箱与国产轴箱、进口接地装置与国产接地装置的设计参数，发现 O型密封圈的截面直径不一致：国产接地装置O型密封圈的截面直径为3.1 mm，进口接地装置的O型密封圈的截面直径为2.6 mm。

由于O型橡胶密封圈属于挤压型密封件，其压缩率对密封性有重要影响。考虑到轴箱的使用环境，该O型圈为耐高温润滑油材料，其压缩率一般为10%～45%。图7为O型密封圈的压缩示意图。压缩率w的计算方法如下[3]：

w=h/d

式中：

d——O型密封圈的截面直径；

h——压缩量。

注：X——安装支架与压力端盖的间隙。

由于隔离支架为注塑件，注塑后收缩导致尺寸不易控制。如图8所示，随着隔离支架倒角尺寸的逐步增大，O型圈的压缩率逐步变小，尤其是截面直径为2.6 mm的O型圈，其压缩率会出现低至0的情况。

图8 O型橡胶密封圈压缩率变化情况(X=0.2 mm)

该型车投入运营已达7年，陆续进行过走行部专项修、架修。在维修过程中未充分考虑到进口轴箱和国产轴箱、进口接地装置和国产接地装置之间可能存在的尺寸差异，装配时未加以区分，导致混用情况比较普遍。国产接地装置错用了进口接地装置O型密封圈，造成密封性能下降和轴箱进水情况出现。

3.4 轴箱进水原因汇总

1)轴箱端盖、隔离支架、接地装置压力端盖等部件在生产制造过程中质量控制不严，关键尺寸参数未完全满足设计要求，导致在装配后配合尺寸与设计有一定偏差。具体表现为密封处倒角以及安装配合处制造加工精度低，导致倒角过大、密封圈压缩率低(甚至未被压缩)、配合面不能完全贴合而留有缝隙等问题，从而造成接地装置的密封不严。这是造成轴箱进水的主要原因。

2)进口轴箱和国产轴箱、进口接地装置和国产接地装置之间存在细微的尺寸差异，装配过程中未加以区分，错用、混用情况较为普遍。这在一定程度上降低了轴箱端盖、接地装置的密封性能，是导致轴箱进水的次要原因。

4 轴箱进水的解决措施

1)将所有轴箱进行拆解检查，发现轴箱进水的轴承全部予以更换。换下的轴承进行进一步拆解、检查和检测。

2)将所有列车转向架接地装置全部落车，重新进行装配。在装配过程中严格控制涉及密封性能的配合尺寸及公差，保证相关尺寸参数符合设计要求。

3)进一步完善日常维修和车辆架大修维修工艺文件，统一国产、进口接地装置重要零部件的接口尺寸参数，避免国产、进口接地装置零部件互换后密封性能下降的情况，保证后续的车辆维修质量。

4)积极推进走行部在线检测设备、轨旁轴温监测设备的安装和应用，实时监测轴箱轴承的运行状态，以达到故障预防、提前消除隐患的目的，避免出现轴承烧损的情况。