铁路车辆转向架轴箱高压水清洗工艺研究

廖军 周宏兵

摘要：本文先介绍了铁路车辆转向架轴箱应用场景，对目前的工艺进行了分析，提出了高压水清洗工艺思路，并进行了高压水清洗对轴箱表面清洁度影响、轴箱油漆施工验证证明油漆成膜致密均匀，无明显的表面缺陷，外观检查合格且刀拨法和拉拔法对油漆附着力评估合格。本文提出了的新型的高压水清洗工艺，采用环保型水性清洗剂+高压水枪冲洗工艺，具备高效、经济、环保等优点。操作难度、工人劳动强度均得到明显改善，工人操作更轻松、灵活。值得推广此工艺。

关键词：铁路车辆;转向架;轴箱;水清洗

中图分类号：U279                                        文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0038-02

1  研究背景

转向架作为铁路车辆的关键部件之一，对车辆的运行性能起着决定性的作用。转向架按构架组成形式分为铸造三大件式转向架和焊接构架式转向架。铸造三大件式转向架的轴箱通常为承载鞍形式，落成时承载鞍位于滚动轴承顶部，鞍面覆盖面不超过滚动轴承上半圆部分。焊接构架式转向架的轴箱常见形式有两侧承台式轴箱和转臂式轴箱，落成时轴箱主体包裹于轴承外部，包裹面通常对轴承外圈全部覆盖，通常两侧承台式轴箱和转臂式轴箱会在底部设置有轴温探测孔，以满足车辆运行时THDS系统对转向架轴承温度的监测需求。轴箱装置的作用是：将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动;承受车辆的重量，传递各方向的作用力;保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力;良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，从而避免破坏油脂的润滑，甚至发生燃轴等事故[1]。車辆在正常运行条件下，车体坐落于转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动，并且通过轴箱将来自轮轨间的制动力和牵引力传递给车体并转变为车体的加速度来源。同时，轴箱还起到承受车辆重量和保护轴承等重要作用。因此，面对车辆运行的复杂气候环境，轴箱的表面涂装防腐措施对于车辆的运行安全至关重要。铁路车辆转向架轴箱常年受到恶劣环境的影响，对于在海边运行环境的轴箱，还会受到海水、盐雾的侵蚀，因此极易受到腐蚀。清洗作为轴箱表面喷涂工艺的关键工序，对喷涂后油漆外观、附着力等性能有着重要的影响。

目前的表面清洗主要采用挥发性有机溶剂+人工刷洗方式，以清除轴箱待油漆表面的残留油污、杂质等异物，此方式虽被验证能达到清洗要求，但是使用的清洗剂为挥发性有机物VOCs[2][3]，VOCs不仅对环境影响较大，而且对人体伤害也很大。不仅如此，此方式采用人工刷洗，存在效率低、成本高、废水难以处理等问题。随着国家对环境保护的日益重视及企业降本增效需求，迫切需要寻求更环保、更高效、更经济的清洗方式[2]。

本文采用水溶性清洗剂+高压水枪喷射清洗的方式，该清洗方式具有优异的清洗性能、效率高、去油污[4]、盐分等效果明显，而且水溶性清洗剂相比挥发性有机溶剂更加环保，切合了更环保、更高效、更经济的需求[4]。此外，国际同行业竞争对手均已开始采用高压水清洗工艺，该工艺在行业内已得到广泛认可和使用。油漆的附着力和使用寿命，不仅取决于油漆本身的质量，同时还与油漆前的表面处理密切相关[5]。而油漆的附着力及耐久性等使用质量与表面的清洗密切相关。轴箱表面清洗主要是提高表面的清洁度，去除表面的盐分。对清理后的表面使用无水无油的压缩空气吹去表面的灰尘和杂质，要求零件表面灰尘等级≤2级。清洗后油漆前，对待油漆表面做如下检查：①清洁度检查：所有待油漆面目测无可见黑斑、锈蚀，无污染等杂质残留，用干净白纸擦拭无可见黑印，检测率要求100%;②灰尘度检查：轴箱表面做灰尘度检查，根据ISO8502-3灰尘数量及尺寸等级≤2级。所有待油漆面目测无可见油迹、油渍，对轴箱待涂装各面，需各随机抽取1点用异丙醇检测。油漆清洗不到位引起的油漆大面积剥落问题，其中一个主要的原因就是表面清理不当，底材上有微量的粉物、灰尘、污垢、油及油脂、水、锈和化学物质等杂质。不仅如此，表面油类、脏污等污物同样也会导致起泡、缩孔缩边等缺陷。

2  高压水清洗工艺研究

轴箱在清洗时，现场工人采用溶剂型清洗剂对箱体表面进行刷洗，一方面采用的挥发性有机溶剂含有大量的有机化合物（VOC），这些挥发的VOC排放到大气后，会产生一定的光电反应，对臭氧层有一定的破坏作用，同时也会导致皮肤癌、白内障，削弱免疫系统[2]。另一方面采用人工刷洗的方式效率较低，且人工刷洗方式对轴箱涂装面也可能产生划伤。

2.1 高压水清洗对轴箱表面清洁度影响

化学除油主要是利用热碱溶液对油脂的皂化和乳化作用。高压水清洗溶剂采用的是水溶性溶剂SurTec168K2，SurTec085清洗添加剂和SurTec533水合性腐蚀抑制剂。其中SurTec168K2中含有10～20%的氢氧化钾，氢氧化钾属于强碱性，轴箱在机械加工后，表面含有大量的油污、冷却液残留，而油污主要成分是油脂，油脂在碱性条件下（加热）能够水解生成有机羧酸盐和醇，两者都能溶于水。

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（1）

SurTec085可以将无法用碱皂化的油乳化而形成乳浊液而去除。在除油过程中，首先表面活性剂中的乳化剂吸附在油与溶液的分界面上，其中亲油基与零件表面的油发生亲和作用;而亲水基则与除油水溶液亲和。在乳化剂的作用下，油污逐渐从金属零件表面脱离，呈细小的液滴分散在除油液中，达到除去轴箱表面油污的作用。

如公式（1）所示轴箱表面油污在清洗剂的作用下，成功的将基体与油污分离，最后在加热的作用下基体与水分离。加热能够提高皂化产物的溶解性，增加皂化、乳化反应速度，加快溶液的循环、降低油性物质的粘度、加强除油溶液的对流等，但温度不能过高，过高的温度使得能源消耗严重、溶液蒸发加快，不利于室内环境和安全操作。

2.2 高压冲洗原理

高压水清洗运用液体增压原理，通过增压装置将水的压力提高到一定值，具有一定压力的水再通过小孔喷嘴，将压力能转换成动能，从而形成高速的水射流。清洗时将药剂在一定温度下，以一定的压力作用于工件表面，使工件表面的油污、粘附物及轻微氧化物得以清除，达到涂装前的要求，适用于表面少锈多油的工件，是一种经济、实用、高效、节能、环保的前处理方式。

高压清洗时，热能对清洗效果也起着很重要的作用，由于水和有机溶剂对污垢的溶解速度和溶解量随着温度的升高而升高，提高温度有利于溶剂发挥溶解作用，并且还可以节约水和有机溶剂的使用量。高压水清洗的方法属于物理清洗的方法，与传统的人工、机械清洗及化学清洗方法相比，有如下优点：①清洗质量高;②清洗速度快;③清洗成本低;④安全性高。

2.3 工艺试验

清洗参数如表1所示。清洗完成后，采用无水无油的压缩空气将轴箱表面吹干，检测轴箱表面清洁度及油污，检测合格后对轴箱进行喷涂油漆。

清洗前，需要对清洗环境进行检测，采用温湿度检测仪检测空气温湿度，保证空气相对湿度要低于85%，采用温度检测仪检测轴箱表面温度，确保待处理表面温度高于露点温度至少3℃，并确认清洗剂是否在有效期内。

高压清洗试验所用到的碱性清洗剂SurTec 168 K2和SurTec 085，将两种溶液采用5L量杯按照2：1的比例混合。

2.4 高壓水清洗试验结果分析

清洗轴箱表面主要是去除表面的油污及杂质，因此需要对清洗后的轴箱表面进行油污检查。油污检查采用异丙醇检测表面油污的方法：用干净的棉球蘸异丙醇并擦拭零件表面，然后将棉球上的异丙醇挤入试管中，再往试管中添加2～3倍的水，摇匀，如果试管中的溶液出现絮状混浊物，则擦拭表面存在油污;如果溶液仍然清澈，则擦拭表面无油污。

2.5 轴箱油漆施工验证

对油漆的外观进行检查，选取4处，观察发现，油漆成膜致密均匀，无明显的表面缺陷，外观检查合格。

检查轴箱表面油漆附着力，附着力检测可按划格法（ISO 2409）、刀拨法（ASTM D6677）或拉拔法（ISO 4624）进行，划格法适用于漆膜厚度在250μm以下的油漆附着力评估，刀拨法和拉拔法适用于任何漆膜厚度的油漆附着力评估。本文首先采用刀拨法对油漆附着力进行检测，然后再轴箱上选取12个点做拉拔法检测。油漆后做刀拨法试验，刀拨法检测分为0、2、4、6、8、10六个等级，其中附着力10级或者8级认定为合格。10级表示涂层极难撬下。涂层碎片不超过1/32英寸×1/32英寸（0.8mm×0.8mm），撬涂层时非常费力。8级表示涂层很难撬下。涂层碎片在1/16英寸×1/16英寸（1.6mm×1.6mm）到1/8英寸×1/8英寸（3.2mm×3.2mm）之间，撬涂层时很费力。试验用美工刀在油漆面画叉，刀拨涂层碎片在（1.6mm×1.6mm）到1/8英寸×1/8英寸（3.2mm×3.2mm）之间，或者不超过1/32英寸×1/32英寸（0.8mm×0.8mm）。视为合格。

油漆做拉拔法试验，拉开法根据ISO4624进行。首选检测需要做拉拔试验点的油漆厚度，然后对该点做拉拔试验。选取的其中三个点的拉拔试验图片，三个点的漆膜总后分别为269um、281um、294um，都已经满足了漆膜厚度达到240um以上的要求。油漆的附着力大小测试结果大于11MPa（要求大于5MPa为合格），验证了新的清洗工艺是能满足质量要求的。

3  结论

通过新清洗工艺试验，验证了新清洗工艺的可操作性及可靠性，轴箱表面能达到所需表面处理质量;验证了新工艺具备高效、经济、环保上的优越性，相比传统清洗方式，能提效35%，降本20%，降低VOCs排放量90%以上;同时验证了工人劳动强度得到改善，无论从操作难度、危险性等方面均得到明显改善，工人操作更轻松、灵活。本文提出的采用环保型水性清洗剂+高压水枪冲洗工艺，相较于采用挥发性有机溶剂+人工刷洗的传统工艺方式，具备高效、经济、环保等优点。

参考文献：

[1]严隽耄，傅茂海.车辆工程（第三版）[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2]余存烨.工业清洗剂的选用及除污机理[J].清洗世界，2008，24（1）：29-34.

[3]于少堂.工程机械用涂料与涂装发展方向[J].上海涂料，2010，48（2）.

[4]赵兴建.高压清洗技术在涂装中的应用[J].表面技术，2004，33（4）.

[5]贺囿策.涂装前基体表面预处理标准的工程适用性研究[J].材料导报B：研究篇，2012，26（9）.