CRH3動車組三級修齒輪箱機油乳化原因分析與預防

李洪志

摘要：CRH3型動車組是通過引進、吸收德國西門子技術，由中車唐山機車車輛有限公司制造。動車組三級修是指從新造、四級或五級檢修后動車組運行里程達120±12萬km或運行周期達到3年（先到為準）主要針對轉向架進行的一次檢修。文章介紹了CRH3型動車組在三級修中齒輪箱機油乳化原因，并提出了控制預防措施以及實施的效果。

關鍵詞：CRH3型動車組；三級修；齒輪箱機油乳化；轉向架；機油 文獻標識碼：A

中圖分類號：U279 文章編號：1009-2374（2016）12-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.016

CRH3型動車組是通過引進、吸收德國西門子技術，由中車唐山機車車輛有限公司制造。動車組三級修是指從新造、四級或五級檢修后動車組運行里程達120±12萬km或運行周期達到3年（先到為準）主要針對轉向架進行的一次檢修。齒輪箱機油中的水含量新油應為痕跡，當水含量超過0.5%時就應當更換齒輪箱機油。機油中的水分與機油混合后，會使機油出現肥皂泡樣的白色液體，說明機油已被乳化。

本文介紹了三級修后動車組齒輪箱，運營過程中時常出現的齒輪箱機油乳化現象的原因、相應的控制預防措施以及實施效果。

1 齒輪箱機油乳化的危害及后果

牽引齒輪箱的主要作用是將電機扭矩放大，并傳輸給車軸進而帶動車輪轉動，為列車提供牽引動力。現有CRH3型系列動車組用齒輪箱主要由弗蘭德（FLENDER）公司、采埃孚（ZF）公司提供。自CRH3C型動車組轉向架齒輪箱三級修以來，廠內外多次發生齒輪箱機油乳化現象，齒輪箱機油乳化主要是齒輪箱進水造成的。乳化后的機油潤滑性能下降，使油膜不易建立，將會造成齒輪軸承等零部件的急劇磨損，最終導致軸承損壞、齒面剝離等嚴重后果，對動車組的可靠運行構成嚴重威脅。發生機油乳化的齒輪箱需要及時更換機油，嚴重的需要更換輪對，因此將占用大量無效工作時間，增加了工作量和成本，因此提前采取控制預防措施以防止或減少機油乳化現象的發生，對降低成本、提高效率具有積極的意義。

2 機油乳化機理

機油發生乳化必須具備三個條件：水分、表面活性物質和能量。由于表面活性劑的作用使本來不能混合到一起的兩種液體能夠混到一起的現象稱為乳化，乳化后的機油成乳白色。表面活性物質是一種兩親分子，具有親油和親水的性質，使之易于在油水界面上吸附并富集，它可以顯著降低油水界面的張力，改變了界面狀態，油中混入水分和表面活性物質后，在循環流動、高速攪拌的情況下，便會發生乳化。此時，表面活性物質吸附在油水兩相界面上，以親油親水基團使油和水連接而不易分離，水滴可以穩定地分散于油中。

3 齒輪箱機油乳化原因

針對出現的CRH3型動車組齒輪箱機油乳化現象進行了原因分析，整理并歸納為以下五個主要方面：

3.1 產品設計

齒輪箱密封系統分為接觸式密封和非接觸式密封。

3.1.1 接觸式密封。傳動齒輪箱內，合箱面、軸承座、觀察窗等與箱體結合處均為接觸密封，并采用涂密封膠的方式密封，該種密封膠能夠更好地適應鋁合金材質箱體接合面密封，所有密封方式結構簡單、性能可靠。

3.1.2 非接觸式密封。對于傳動齒輪箱中主動齒輪軸和車軸貫通部位的密封：若采用接觸式密封，骨架油封或其他類型密封圈與旋轉軸之間的材料有磨損，很難做到更換周期與輪對維護周期的匹配，這對安裝在轉向架上的齒輪箱內的磨損密封件的檢修和更換很不方便；若采用非接觸式密封，則不存在任何接觸磨損，能夠滿足正常檢修周期。因此在設計時齒輪箱貫通部位的密封均采用非接觸式密封，即在主動齒輪軸的電機側和車軸貫通部位的密封均采用間隙密封和帶有甩油環的機械式迷宮密封的聯合密封方式，如圖1所示：

綜上所述，非接觸式密封結構復雜，密封可靠性差，由于設計結構的天生缺陷，水很容易從迷宮密封處進入齒輪箱內，與內部機油混合后，引起機油乳化。

3.2 齒輪箱外殼清洗

清洗是動車組齒輪箱三級修過程中不可缺少的一道工序，由于齒輪箱輸入軸和輸出軸部位的密封采用的是非接觸式迷宮密封，齒輪箱清洗時水或清潔劑通過迷宮密封處的間隙流入齒輪箱，造成齒輪箱機油乳化。

3.3 運用維護

動車組在運用過程中，齒輪箱迷宮密封部位或多或少都會出現漏油、甩油現象，齒輪箱機油量減少時需補油加油，臨時補油加油容器等黏有水分或潮濕也會導致油污染乳化。

3.4 乳化后的廢油未排干凈

齒輪箱已乳化的廢油未完全排干凈，在向齒輪箱注入新油時，齒輪箱內部已乳化的殘留機油與新油混合，最終導致二次污染乳化。

3.5 油品水含量超標

新油水含量超標，導致齒輪箱機油乳化變質。

4 控制預防措施

4.1 進一步優化齒輪箱密封結構

經過對弗蘭德齒輪箱持續跟蹤調查發現，齒輪箱大齒輪外側迷宮密封處普遍滲油，少數齒輪箱大齒輪內側迷宮密封處滲油，個別小齒輪內側、小齒輪外側等部位也有滲油現象。上述滲漏原因在于最初設計的齒輪密封結構為2道2腔密封，密封效果不良，在進行升級為2.429齒輪箱后，將密封結構改為3道3腔密封，密封效果有了顯著改善。因此齒輪箱迷宮密封處的結構優化還有很大的改善空間，如對排水孔尺寸進行優化、增加防水擋圈等都能有效提升齒輪箱密封性能。

4.2 加強齒輪箱三級修清洗時的防護

齒輪箱外殼清洗前迷宮密封處應做好防護，清洗過程中嚴禁采用高壓水對著迷宮密封處進行沖洗，也不可采用水淋的方式清洗，迷宮密封部位最好采用濕潤的百潔布進行擦洗，清洗完成后最好打開放油堵，查看是否有水流出。

對于不慎進水或乳化的齒輪箱，采用內部清洗的方法對齒輪箱進行清洗，打開注油堵，用注油機將齒輪箱油注入。觀察油位計，油面在最大及最小線之間。啟動輪對轉動機，轉速為100±10轉/min，轉動時間為15min。打開放油塞將齒輪箱機油放入新的盛油容器內，并觀察放出潤滑油狀態，齒輪箱機油應清澈。如果齒輪箱油有乳化發白的現象，重新按上述步驟操作，直至放出的齒輪箱油清澈為止。

實踐中發現，齒輪箱三級修后機油乳化80%是由于迷宮密封處進水造成的，因此齒輪箱三級修過程中迷宮密封處防護好壞對杜絕齒輪箱進水、減少機油乳化具有直接顯著的影響。

4.3 補油加油時的控制

動車組運營過程中，由于齒輪箱漏油、甩油現象不可避免，當齒輪箱機油位下降至油位計下刻線以下時，就要及時補油加油。臨時補油、加油容器必須干凈無水分，運輸過程中不能被雨水淋濕，以免雨水進入容器，造成齒輪箱機油乳化。

4.4 乳化后的控制要求

動車組在運用中發現齒輪箱機油乳化，要及時放出乳化的齒輪箱機油，應在熱態下放油，不允許冷卻后放油，冷卻后的齒輪箱油容易附著在箱體內部，導致油液不能完全排放干凈，排油時應等到乳化的油液不再流出為止。從齒輪箱內部結構看，軸承和齒輪均采用飛濺潤滑，齒輪箱箱體底部均設有油池存儲潤滑油，軸承座設有集油槽和回油孔，從動齒輪飛濺的潤滑油經軸承座上集油槽流入軸承內部潤滑軸承。乳化后的齒輪箱油滯留在集油槽、回油孔、箱體內壁和齒輪上，若齒輪箱油不能完全排干凈，將對新加入齒輪箱的機油造成二次污染，導致新油乳化變質。對發生乳化后更換了新油的齒輪箱，必須重點觀察其是否再次乳化，如果再次發生乳化，按上述步驟重新更換新油，直至不再乳化為止。

4.5 新油的控制要求

新油水含量超標將會造成批量齒輪箱機油乳化，因此檢修部門和運用部門應定期對新齒輪箱油樣品送檢化驗，避免新油水含量超標引起的齒輪箱機油乳化。

5 實施效果

前述控制預防措施在CRH3型動車組三級作業中得到了實施，從實施的結果來看，由于采用了控制預防措施，三級修新出廠車組未再出現齒輪箱機油乳化現象，該措施使得這一問題得到了根本解決，實施效果非常

顯著。

6 結語

隨著對高速動車組運用情況認識的加深，齒輪箱的結構也在進行不斷改進和優化。動車組投入運行初期即發現的密封結構不良、齒輪箱潤滑油乳化等問題，暴露了國外設計公司未考慮非接觸式迷宮密封處外部水進入箱體問題。齒輪箱機油乳化使得機油潤滑能力下降，齒輪箱內部零件急劇磨損銹蝕，嚴重影響列車的性能、壽命及安全，對于高速動車組其影響則更為顯著。經過不斷的探討與研究，總結出了一套成熟的針對CRH3型動車組三級修的控制預防措施，該措施使得齒輪箱機油乳化問題得到基本解決，同時實踐驗證了該措施在提高效率、降低成本等方面具有明顯成效。

（責任編輯：蔣建華）