电力机车轴箱装配温升异常原因分析及改进

李 斌

（中车太原机车车辆有限公司，山西 太原 030027）

轴箱装配是机车转向架组成的重要部分，装配在车轴两端的外侧轴颈上，是将车轮的旋转运动转变为机车相对钢轨做直线运动的承载部件。它将机车的重量经过轮对传递给钢轨，并将来自轮对的牵引力、制动力等作用力传递给转向架构架。此外，它还传递轮对与转向架构架之间的横向作用力和纵向作用力，是一个活动关节，对提高机车运行的稳定性和改善机车动力曲线的通过性具有重要作用。

轴箱装配主要包括轴箱体、轴箱轴承、轴承润滑脂、防尘圈、挡板、轴箱内端盖、轴箱外端盖、隔环、挡油环等零部件。轴箱装配的零部件的检修质量及其后续的组装质量直接关系着整个轴箱装配的运用质量，对机车的正常运行有重要的影响[1-3]。

1 电力机车轴箱装配温升异常故障概述

2019 年4 月25 日，某型电力机车经某工厂大修检修完成后，进入整车正线试运工序，在到达正线试运终点站时，对该机车试运状态进行检查。检查测量该机车5 位轮对左侧轴箱装配温度为47 ℃（环境温度为11 ℃），虽未超过试验温升限度，但通过对比其他位轴箱装配的温升情况（其他位轴箱装配温度为30 ℃左右），该位轴箱装配温升明显异常偏高；同时该机车在低速运行时，在5 位轮对左侧周围存在圆周方向间断性的尖锐异响。为了保证该车运用质量，决定对该车5 位轮对左侧轴箱装配进行拆解检查。

翌日，该机车返回检修工厂进行架车检查。架车前对该车转向架基础制动装置、牵引装置、悬挂装置、轮轴驱动装置及轮对等各部位进行了状态检查和数据测量，未发现存在干涉、接磨、碰撞等异常情况。随后，对该车进行了架车拆解。对5 位轮对电机左侧轴箱装配进行了解体，解体后发现其防尘圈的密封齿外圆面（φ258 mm） 处存在摩擦变形、变色的现象（见图1），呈现锥状形态；与之装配配合的轴箱内端盖内圆面（φ260 mm） 处也存在摩擦金属熔融堆积、变色的现象（见第136页图2），磨损形态与防尘圈的密封齿外圆面处一致。轴箱装配拆解后，对其他各零部件及轴箱轴承检查未发现异常情况。

图1 防尘圈的密封齿外圆面（φ258 mm） 处的磨损情况

2 电力机车轴箱装配温升异常原因分析

针对该轴箱装配拆解后的情况，初步判定造成该机车在正线试运时轴箱装配温升异常的主要原因为防尘圈与轴箱内端盖异常接磨造成的。

轴箱装配整体为箱体式封装轴承结构，两侧通过端盖对箱体进行密封，其中内侧为动态密封结构，即内侧密封通过防尘圈与轴箱内端盖间的迷宫槽结构进行密封，从而实现对外界杂质和水汽的阻隔（见图3）。

图3 轴箱装配组成结构

通过对防尘圈和轴箱内端盖接磨部位的观察发现，防尘圈的密封齿外圆面接磨部位呈现从外至内的锥度磨损变形，越远离车轮处磨损越严重，磨损宽度约20 mm（见图4）。

图4 防尘圈的密封齿外圆面呈锥度磨损变形

轴箱内端盖接磨部位为其内圆面中部及靠近根部部位（远离车轮方向），接磨产生的金属熔融堆积物附着在轴箱内端盖近似整个内圆面中部及根部上，对其内圆面上局部未接磨部位进行观察和检测，发现其内圆面中部开始的直径尺寸存在从外至内明显减小的情况。

为了进一步对问题原因进行排查分析，对配件装车情况进行了核实，其中该防尘圈为新制加工产品，轴箱内端盖为原车检修产品。对防尘圈的密封齿外圆面未接磨部位的直径、宽度等相关尺寸及各装配圆的同轴度进行了测量和检查，均符合要求，未发现异常情况；对轴箱内端盖内圆面外部直径尺寸及各装配圆的同轴度进行了测量和检查，也均符合要求。由于轴箱内端盖内圆面迷宫槽间隙较小，同时由于存在金属熔融堆积物，无法直接测量其中部和根部直径，因此对其未接磨部位从外部至根部进行了跳动检查，发现其尺寸超限，不满足装配要求，从中部开始至根部逐渐减小约2 mm，直径尺寸减小约4 mm，通过深度尺贴靠根部检测，也可明显发现轴箱内端盖内圆面外部存在明显间隙（见图5）。

图5 轴箱内端盖内圆面直径从中部至根部逐渐减小

通过上述一系列数据测量和分析排查，认为造成该机车轴箱装配异常发热并伴有尖锐异响的主要原因为该位轴箱装配内端盖内圆面与防尘圈配合部位直径尺寸成锥度超差造成的。该位轴箱装配为该机车5 位轮对轴箱装配，其轴箱装配横动量要求为16 mm±1 mm。机车在正常运行时，轮对相对轴箱装配在轴向上会存在0～16 mm 的相对位移，导致防尘圈与轴箱内端盖也存在相应的轴向相对位移（见图6）。

图6 轴箱装配防尘圈与轴箱内端盖间的轴向相对位移

通过对该位防尘圈磨损部位进行测量，其磨损部位宽度约为20 mm，而外端部磨损损失厚度约为2 mm，呈现锥状形态（见第137页图7-a）。

由于无法直接对轴箱内端盖磨损部位进行尺寸测量，但通过其与防尘圈磨损部位相互干涉摩擦契合的情况来考虑，可以计算出轴箱内端盖内圆面迷宫槽尺寸超限的起始部位，即距轴箱内端盖内圆面约28.05 mm，其内圆面从中部开始直径尺寸逐步减小，至根部减小尺寸呈锥状形态分布（见图7-b）。

在机车正常运行中，轮对相对轴箱装配在轴向上会存在0～16 mm 的相对位移，故其当防尘圈远离轴箱内端盖处于极限位置时，轴箱内端盖内圆面迷宫槽尺寸超限部位距离理论计算的防尘圈与其配合部位仅8.05 mm，远小于产品设计的轴箱装配横动量16 mm 的要求（见图7-c）。机车在正常运行时，随着轮对左右的摆动，其防尘圈的密封齿外圆面与轴箱内端盖内圆面中部及根部产生间或性接触摩擦，摩擦产生的热量传至整个轴箱，导致其运行过程中温升异常。

图7 故障轴箱装配防尘圈与轴箱内端盖间的轴向相对位移

存在问题的轴箱内端盖为其原车检修产品，判定其原车装车位为1 位、3 位、4 位、6 位轮对轴箱装配，其轴箱装配横动量要求为2 mm±0.5 mm，与2 位、5 位轮对轴箱装配相比明显偏小，由于其轴箱内端盖尺寸超限部位从中部开始至根部，在正常运行时，防尘圈不会与其接触产生接磨，故原车不存在该问题的发生。由于轴箱内端盖为通用检修产品，在正常检修时也仅对其内圆面外部直径进行了测量检查，导致该存在问题的轴箱内端盖装车使用；同时在后续轮对电机吻合试验过程中，由于无法模拟轮对左右运动的状态，也无法直接发现该质量问题，导致了该问题在整车正线试运时暴露。

3 对电力机车轴箱装配温升异常的改进措施建议

1） 设计制作轴箱装配内端盖密封齿检测工装（见图8），可直接对轴箱装配内端盖内圆面和防尘圈的密封齿外圆面直径进行检测，确保轴箱内端盖密封齿与防尘圈不发生接磨干涉。

图8 轴箱装配内端盖密封齿检测工装

2） 严格按照轴箱装配组装工艺要求操作执行，轴箱装配横动量应符合标准要求，不符合标准要求的轮对不得装车使用。

3） 进一步加强轮对电机吻合试验结果的卡控，建议增加在轴箱装配横动量极限位置工况下的模拟试验。

4 运用验证

为了保证该轴箱装配的运用质量，决定对该轴箱装配的防尘圈进行新制更换，对其轴箱内端盖内圆面进行修复加工，加工后尺寸符合设计图纸要求，重新进行组装，经轮对电机吻合试验合格后，装车运用。整车正线试运未见异常，试运合格。

5 结束语

轴箱装配是机车转向架组成的重要部分，而轴箱装配横动量则是轴箱装配组装质量控制的关键参数，是保证机车正常运行的关键。针对轴箱装配典型故障问题进行分析和研究，查找问题的根本原因，制定行之有效的改进措施，可实现对轴箱装配质量的有效控制。