单轨齿轮箱输入迷宫密封漏油改进及验证

秦 军

（重庆凯瑞传动技术有限公司，重庆 401122）

重庆2、3号线为跨座式单轨列车，其中2号线早期车辆为日本进口，2号线后期及3号线为完全国产化车辆。齿轮箱是转向架的关键部件，密封是齿轮箱的关键功能。润滑油泄漏不仅会污染环境，而且会增加列检的工作量（需要重点检查齿轮箱中的油位）。国产化的齿轮箱在重庆2号线上运行时，运行性能及密封效果几乎与进口齿轮箱一致，但在重庆3号线运行时，齿轮箱的输入轴迷宫密封部位出现了漏油现象。基于重庆3号线运行的齿轮箱输入轴迷宫密封的漏油问题进行分析，制定改进措施，进行台架试验验证和装车试验验证。

1 漏油现象及比例

用户在列检时发现齿轮箱输入轴迷宫位置堆积了大量灰尘，用手触摸灰尘，发现灰尘湿漉漉的。仔细观察，部分齿轮箱输入轴迷宫密封位置有明显油迹。齿轮箱输入轴迷宫位置漏油现象如图1所示。列车为6辆编组，12个转向架共配置24台齿轮箱，其中动车齿轮箱18台，拖车齿轮箱6台，只有动车齿轮箱有输入轴结构。排查该列车齿轮箱输入轴密封情况，其中16台齿轮箱输入轴有漏油现象，漏油比例达89%。分批次排查3号线上运营的其他列车齿轮箱输入端的密封情况，发现总体情况基本相同。

2 迷宫密封原理

迷宫密封是一种非接触式密封，具有长寿命、免维护的特点。该密封结构中通过人为在固定端盖和（或）旋转轴之间的泄油道内设计多个齿或者槽来增加泄漏流体的流动阻力，从而造成泄漏的流体的压力差急剧损失[1]。通过迷宫间隙泄漏的润滑油在甩油环的作用下，利用离心力将高速运动的润滑油甩向端盖内壁，附着在端盖内壁上的润滑油在重力作用下静止于回油腔中，然后通过回油道流回箱体内部，从而实现润滑油的密封。一种典型的三腔密封结构如图2所示，主要包括1级回油腔、2级回油腔、甩油环以及回水腔等结构。

3 齿轮箱输入轴迷宫密封结构分析

齿轮箱输入轴迷宫结构是一个比较典型的2腔式迷宫密封（由于结构受限及考虑轨道面不积水，未设计回水腔），有1个较小的1级回油腔和1个较大的2级回油腔。2个并紧的锁紧螺母和半联轴节上的一部分兼具甩油环的功能。在轴承座的正下方设计了3条Φ8 mm的回油道，回油道直通齿轮箱内部。齿轮箱输入轴迷宫密封结构见图3。

4 漏油原因分析

针对齿轮箱输入轴迷宫位置的漏油，从可能引起泄漏的人、机、料、法、环共5个方面出发，利用鱼骨图进行系统分析。鱼骨图分析结果见图4。

在鱼骨图分析的基础上，逐条对可能产生泄漏的原因进行详细分析，排除非关键原因，找到真正的漏油原因，分析结果见表1。

表1 迷宫漏油原因详细分析

从表1可以看出，回油不畅是润滑油泄漏的关键原因。解决回油问题是解决润滑油泄漏问题的改进方向。出现回油不畅的原因是车辆在轨道上是双向运行，中间轴大齿轮将会产生双向旋转。当输入轴逆时针旋转时，中间轴大齿轮的旋转方向使箱体底部的润滑油涌向回油孔，使得润滑油对输入端迷宫密封位置形成一种倒灌现象[2]。中间轴大齿轮持续转动，使得具有动能的润滑油被困在输入轴承座和下箱体之间的夹角区域，封堵了3个Φ8 mm的回油孔，导致2级回油腔的润滑油量持续积累，最终在车辆下坡及车辆加、减速的综合工况作用下使得润滑油从迷宫间隙流出[3]。润滑油的聚集示意图见图5。

5 改进措施

根据分析确定了齿轮箱输入迷宫漏油的可能原因，现在针对原因在原始设计的基础上提出改进措施。原始设计的回油孔由下箱体和输入轴承座构成，回油道的最小截面出现在输入轴承座上，为3个Φ8 mm的孔，见图6。

改进方案是在原始设计的油孔位置，从轴承座一侧（箱体内侧）使用钻孔工艺扩大回油孔直径，将回油孔由3个Φ8 mm的孔改制成3个Φ13 mm的孔，见图7。回油孔扩大可以增加回油量，减小润滑油在孔内的流动阻力[4]。此外，改变回油孔在箱体内部的位置，可以降低中间轴大齿轮旋转搅油对回油的影响[5]。

6 试验验证

6.1 台架试验验证

将回油孔改进后的齿轮箱安装在出厂例行试验台上，按最高油位线加注润滑油量，约5.2 L。按照车辆运行时的速度、极限轨道坡度（60‰）、空载下进行模拟试验，齿轮箱空载试验参数见表2，试验台布置见图8。试验过程中使用红外线测温仪监测齿轮箱温度，目测及用擦拭纸擦拭检查输入轴迷宫位置的泄露情况。试验结果表明，齿轮箱温度正常，输入轴迷宫位置未见润滑油泄漏，证明改进方向正确，改进措施在台架上运行有效。

表2 齿轮箱空载试验参数

6.2 装车试验验证

改进措施的最终有效性需要安装在车辆上进行正线载客运营试验验证。将改制好输入轴承座回油孔的齿轮箱换装到正线运营的车辆上进行正线载客试验，车辆列检时目测检查输入轴迷宫位置的漏油情况。结果显示，对车辆持续多年的跟踪检查未发现输入轴迷宫位置有润滑油泄漏的现象，表明改进方向正确，改进措施在正线运营中具有有效性。

7 结语

通过台架试验、装车运营试验验证表明，单轨齿轮箱输入轴迷宫漏油的改进措施有效，解决了齿轮箱输入轴迷宫密封的漏油问题，减少了日常列检中对齿轮箱油位检查的工作量，提高了顾客对产品的满意度。本次漏油改进验证也为后续齿轮箱迷宫密封的回油孔设计找到了一个新方向，即设计回油孔在箱体内部的位置时要考虑齿轮搅油的影响，且回油孔在结构允许的情况下，截面积应尽可能设计大一些。