CRH3動(dòng)車組三級(jí)修齒輪箱機(jī)油乳化原因分析與預(yù)防

李洪志

摘要：CRH3型動(dòng)車組是通過引進(jìn)、吸收德國(guó)西門子技術(shù)，由中車唐山機(jī)車車輛有限公司制造。動(dòng)車組三級(jí)修是指從新造、四級(jí)或五級(jí)檢修后動(dòng)車組運(yùn)行里程達(dá)120±12萬(wàn)km或運(yùn)行周期達(dá)到3年（先到為準(zhǔn)）主要針對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行的一次檢修。文章介紹了CRH3型動(dòng)車組在三級(jí)修中齒輪箱機(jī)油乳化原因，并提出了控制預(yù)防措施以及實(shí)施的效果。

關(guān)鍵詞：CRH3型動(dòng)車組；三級(jí)修；齒輪箱機(jī)油乳化；轉(zhuǎn)向架；機(jī)油 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

CRH3型動(dòng)車組是通過引進(jìn)、吸收德國(guó)西門子技術(shù)，由中車唐山機(jī)車車輛有限公司制造。動(dòng)車組三級(jí)修是指從新造、四級(jí)或五級(jí)檢修后動(dòng)車組運(yùn)行里程達(dá)120±12萬(wàn)km或運(yùn)行周期達(dá)到3年（先到為準(zhǔn)）主要針對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行的一次檢修。齒輪箱機(jī)油中的水含量新油應(yīng)為痕跡，當(dāng)水含量超過0.5%時(shí)就應(yīng)當(dāng)更換齒輪箱機(jī)油。機(jī)油中的水分與機(jī)油混合后，會(huì)使機(jī)油出現(xiàn)肥皂泡樣的白色液體，說明機(jī)油已被乳化。

本文介紹了三級(jí)修后動(dòng)車組齒輪箱，運(yùn)營(yíng)過程中時(shí)常出現(xiàn)的齒輪箱機(jī)油乳化現(xiàn)象的原因、相應(yīng)的控制預(yù)防措施以及實(shí)施效果。

1 齒輪箱機(jī)油乳化的危害及后果

牽引齒輪箱的主要作用是將電機(jī)扭矩放大，并傳輸給車軸進(jìn)而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，為列車提供牽引動(dòng)力。現(xiàn)有CRH3型系列動(dòng)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(dòng)車組轉(zhuǎn)向架齒輪箱三級(jí)修以來，廠內(nèi)外多次發(fā)生齒輪箱機(jī)油乳化現(xiàn)象，齒輪箱機(jī)油乳化主要是齒輪箱進(jìn)水造成的。乳化后的機(jī)油潤(rùn)滑性能下降，使油膜不易建立，將會(huì)造成齒輪軸承等零部件的急劇磨損，最終導(dǎo)致軸承損壞、齒面剝離等嚴(yán)重后果，對(duì)動(dòng)車組的可靠運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。發(fā)生機(jī)油乳化的齒輪箱需要及時(shí)更換機(jī)油，嚴(yán)重的需要更換輪對(duì)，因此將占用大量無(wú)效工作時(shí)間，增加了工作量和成本，因此提前采取控制預(yù)防措施以防止或減少機(jī)油乳化現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)降低成本、提高效率具有積極的意義。

2 機(jī)油乳化機(jī)理

機(jī)油發(fā)生乳化必須具備三個(gè)條件：水分、表面活性物質(zhì)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(xiàn)象稱為乳化，乳化后的機(jī)油成乳白色。表面活性物質(zhì)是一種兩親分子，具有親油和親水的性質(zhì)，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(tài)，油中混入水分和表面活性物質(zhì)后，在循環(huán)流動(dòng)、高速攪拌的情況下，便會(huì)發(fā)生乳化。此時(shí)，表面活性物質(zhì)吸附在油水兩相界面上，以親油親水基團(tuán)使油和水連接而不易分離，水滴可以穩(wěn)定地分散于油中。

3 齒輪箱機(jī)油乳化原因

針對(duì)出現(xiàn)的CRH3型動(dòng)車組齒輪箱機(jī)油乳化現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，整理并歸納為以下五個(gè)主要方面：

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

齒輪箱密封系統(tǒng)分為接觸式密封和非接觸式密封。

3.1.1 接觸式密封。傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)，合箱面、軸承座、觀察窗等與箱體結(jié)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(yīng)鋁合金材質(zhì)箱體接合面密封，所有密封方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。

3.1.2 非接觸式密封。對(duì)于傳動(dòng)齒輪箱中主動(dòng)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(zhuǎn)軸之間的材料有磨損，很難做到更換周期與輪對(duì)維護(hù)周期的匹配，這對(duì)安裝在轉(zhuǎn)向架上的齒輪箱內(nèi)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(shè)計(jì)時(shí)齒輪箱貫通部位的密封均采用非接觸式密封，即在主動(dòng)齒輪軸的電機(jī)側(cè)和車軸貫通部位的密封均采用間隙密封和帶有甩油環(huán)的機(jī)械式迷宮密封的聯(lián)合密封方式，如圖1所示：

綜上所述，非接觸式密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封可靠性差，由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的天生缺陷，水很容易從迷宮密封處進(jìn)入齒輪箱內(nèi)，與內(nèi)部機(jī)油混合后，引起機(jī)油乳化。

3.2 齒輪箱外殼清洗

清洗是動(dòng)車組齒輪箱三級(jí)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(shí)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(jī)油乳化。

3.3 運(yùn)用維護(hù)

動(dòng)車組在運(yùn)用過程中，齒輪箱迷宮密封部位或多或少都會(huì)出現(xiàn)漏油、甩油現(xiàn)象，齒輪箱機(jī)油量減少時(shí)需補(bǔ)油加油，臨時(shí)補(bǔ)油加油容器等黏有水分或潮濕也會(huì)導(dǎo)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(shí)，齒輪箱內(nèi)部已乳化的殘留機(jī)油與新油混合，最終導(dǎo)致二次污染乳化。

3.5 油品水含量超標(biāo)

新油水含量超標(biāo)，導(dǎo)致齒輪箱機(jī)油乳化變質(zhì)。

4 控制預(yù)防措施

4.1 進(jìn)一步優(yōu)化齒輪箱密封結(jié)構(gòu)

經(jīng)過對(duì)弗蘭德齒輪箱持續(xù)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，齒輪箱大齒輪外側(cè)迷宮密封處普遍滲油，少數(shù)齒輪箱大齒輪內(nèi)側(cè)迷宮密封處滲油，個(gè)別小齒輪內(nèi)側(cè)、小齒輪外側(cè)等部位也有滲油現(xiàn)象。上述滲漏原因在于最初設(shè)計(jì)的齒輪密封結(jié)構(gòu)為2道2腔密封，密封效果不良，在進(jìn)行升級(jí)為2.429齒輪箱后，將密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化還有很大的改善空間，如對(duì)排水孔尺寸進(jìn)行優(yōu)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(qiáng)齒輪箱三級(jí)修清洗時(shí)的防護(hù)

齒輪箱外殼清洗前迷宮密封處應(yīng)做好防護(hù)，清洗過程中嚴(yán)禁采用高壓水對(duì)著迷宮密封處進(jìn)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(rùn)的百潔布進(jìn)行擦洗，清洗完成后最好打開放油堵，查看是否有水流出。

對(duì)于不慎進(jìn)水或乳化的齒輪箱，采用內(nèi)部清洗的方法對(duì)齒輪箱進(jìn)行清洗，打開注油堵，用注油機(jī)將齒輪箱油注入。觀察油位計(jì)，油面在最大及最小線之間。啟動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為100±10轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為15min。打開放油塞將齒輪箱機(jī)油放入新的盛油容器內(nèi)，并觀察放出潤(rùn)滑油狀態(tài)，齒輪箱機(jī)油應(yīng)清澈。如果齒輪箱油有乳化發(fā)白的現(xiàn)象，重新按上述步驟操作，直至放出的齒輪箱油清澈為止。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，齒輪箱三級(jí)修后機(jī)油乳化80%是由于迷宮密封處進(jìn)水造成的，因此齒輪箱三級(jí)修過程中迷宮密封處防護(hù)好壞對(duì)杜絕齒輪箱進(jìn)水、減少機(jī)油乳化具有直接顯著的影響。

4.3 補(bǔ)油加油時(shí)的控制

動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)過程中，由于齒輪箱漏油、甩油現(xiàn)象不可避免，當(dāng)齒輪箱機(jī)油位下降至油位計(jì)下刻線以下時(shí)，就要及時(shí)補(bǔ)油加油。臨時(shí)補(bǔ)油、加油容器必須干凈無(wú)水分，運(yùn)輸過程中不能被雨水淋濕，以免雨水進(jìn)入容器，造成齒輪箱機(jī)油乳化。

4.4 乳化后的控制要求

動(dòng)車組在運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)齒輪箱機(jī)油乳化，要及時(shí)放出乳化的齒輪箱機(jī)油，應(yīng)在熱態(tài)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(nèi)部，導(dǎo)致油液不能完全排放干凈，排油時(shí)應(yīng)等到乳化的油液不再流出為止。從齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，軸承和齒輪均采用飛濺潤(rùn)滑，齒輪箱箱體底部均設(shè)有油池存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，軸承座設(shè)有集油槽和回油孔，從動(dòng)齒輪飛濺的潤(rùn)滑油經(jīng)軸承座上集油槽流入軸承內(nèi)部潤(rùn)滑軸承。乳化后的齒輪箱油滯留在集油槽、回油孔、箱體內(nèi)壁和齒輪上，若齒輪箱油不能完全排干凈，將對(duì)新加入齒輪箱的機(jī)油造成二次污染，導(dǎo)致新油乳化變質(zhì)。對(duì)發(fā)生乳化后更換了新油的齒輪箱，必須重點(diǎn)觀察其是否再次乳化，如果再次發(fā)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(biāo)將會(huì)造成批量齒輪箱機(jī)油乳化，因此檢修部門和運(yùn)用部門應(yīng)定期對(duì)新齒輪箱油樣品送檢化驗(yàn)，避免新油水含量超標(biāo)引起的齒輪箱機(jī)油乳化。

5 實(shí)施效果

前述控制預(yù)防措施在CRH3型動(dòng)車組三級(jí)作業(yè)中得到了實(shí)施，從實(shí)施的結(jié)果來看，由于采用了控制預(yù)防措施，三級(jí)修新出廠車組未再出現(xiàn)齒輪箱機(jī)油乳化現(xiàn)象，該措施使得這一問題得到了根本解決，實(shí)施效果非常

顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)高速動(dòng)車組運(yùn)用情況認(rèn)識(shí)的加深，齒輪箱的結(jié)構(gòu)也在進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化。動(dòng)車組投入運(yùn)行初期即發(fā)現(xiàn)的密封結(jié)構(gòu)不良、齒輪箱潤(rùn)滑油乳化等問題，暴露了國(guó)外設(shè)計(jì)公司未考慮非接觸式迷宮密封處外部水進(jìn)入箱體問題。齒輪箱機(jī)油乳化使得機(jī)油潤(rùn)滑能力下降，齒輪箱內(nèi)部零件急劇磨損銹蝕，嚴(yán)重影響列車的性能、壽命及安全，對(duì)于高速動(dòng)車組其影響則更為顯著。經(jīng)過不斷的探討與研究，總結(jié)出了一套成熟的針對(duì)CRH3型動(dòng)車組三級(jí)修的控制預(yù)防措施，該措施使得齒輪箱機(jī)油乳化問題得到基本解決，同時(shí)實(shí)踐驗(yàn)證了該措施在提高效率、降低成本等方面具有明顯成效。

（責(zé)任編輯：蔣建華）