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大型养路机械车轴齿轮箱泄漏原因分析及解决方法

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张京平

(哈尔滨市香坊区成高镇人民政府)

  摘 要:大型养路机械车轴齿轮箱泄漏有诸多原因,对其原因进行分析。铁路大型养路机械属于资金密集型、技术密集型产品,零部件价值都比较高,而由于其功用的特殊性,造成结构都比较复杂,拆装都不是特别容易、方便。特别是转向架中的轮对及车轴齿轮箱,由于车轴与车轮和车轴齿轮箱中的齿轮、轴承、隔套、隔圈等零件都是过盈配合,且压装设备专业性强,要求高,所以相对其它零部件,拆装起来更是困难。本文意在通过对轮对车轴齿轮箱泄漏原因的分析,从而寻求其经济、简便、可行的维修及解决泄漏的方法。

  关键词:大型养路机械;车轴齿轮;车轴齿轮箱;泄漏原因

  1 泄漏原因分析

  造成泄漏的原因主要有两方面:一是,密封面上有间隙;二是,密封两侧有压力差。消除或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏。但就一般设备而言,减小或消除间隙是阻止泄漏的主要途径。密封的作用就是将结合面间的间隙封住、隔离或切断泄漏通道,增加泄漏通道中的阻力,或者在通道中加设小型做功元件,使泄漏物质产生压力,与引起泄漏的压差部分抵消或完全平衡,以阻止泄漏。根据以往大修经验,大型养路机械车轴齿轮箱发生泄漏一般是在车轴与箱体接合处。

  现在进入大修周期的大型养路机械,其车轴齿轮箱与车轴接合部位,一般使用两种密封方法。配碴车车轴齿轮箱采用单纯的非接触式迷宫密封,其它车型采用非接触式迷宫密封加接触式填料密封或油封(主要是骨架油封)密封。大修车引起泄漏的原因主要有以下几方面:

  1)作为大型养路机械箱轴接合部,使用条件比较复杂,既存在往复转动,又存在高、低速转动;

  2)多在户外使用,温度差别极大,自然环境恶劣;

  3)密封件超期使用;

  4)迷宫密封由于其属于非接触密封,本身就存在间隙;

  5)大型养路机械车轴齿轮箱主动轴上都热装有齿轮、轴承等部件,多为过盈配合,拆卸繁琐,总体来说,传统密封维护不方便,维修时间长。

  2 解决方法

  由于轮对及车轴齿轮箱属于大型养路机械的走行机构,具有十分重要的作用,对其密封部件进行维修及更换的话不但需停工检修,而且需要对其进行退轮及解体。所以为了使仅维修密封部件成为可能,我们就需要寻找不需要退轮就能维修及更换密封部件的可行方法。针对前面提到的大型养路机械车轴齿轮箱所使用的两种密封方法,我们对应可使用两种解决泄漏的方法。



图1

  2.1引流

  针对早期配碴车车轴齿轮箱采用迷宫密封的方式,由于轮对不能退轮,这样迷宫密封及轴承盖都无法更换,所以我们只能改变一贯的思路,转而通过对箱体做一些改变,来寻求解决迷宫密封本身间隙增大后引起泄漏的问题。通过试验及观察,我们发现,由于箱体本身剖分面上有回油槽,所以在轮对低速运转时泄漏很少,到高速运转持续一段时间,箱体及润滑油温升比较充分后泄漏才比较明显,由此我们设想可以通过在箱体轴承座孔下端加钻回油孔来解决,参见图1,直径大约Φ10mm的孔。

  由于是在轴承外侧钻孔,润滑油经润滑轴承后多余的油才会经回流孔回流到箱体内,所以并不会因为多余润滑油的回流而影响到轴承的润滑。这样就避免了因回流孔的存在而导致轴承润滑不良。加回流孔前后密封处状态对比如图2、图3。图2加回流孔前密封处状况,泄漏的润滑油已经成线状,图3为加回流孔后密封处状况,无泄漏。



图2



图3

  2.2双剖分式油封密封

  (1)剖分式油封的发展

  剖分式油封特别是双剖分式油封是最近一些年才开发使用的一种密封方式,然而,单剖分虽然容易实现,但是却不能大量推广和使用,因为单剖分的切口难以实现弹性补偿,胶水粘接往往会造成剖分处硬度过高而影响寿命,切口愈合性也很差。其次,传统的高摩擦因数材料,即使不剖分其寿命也不长。没有经过材料升级的单剖分密封往往没有良好的密封效果和使用寿命。所以这种剖分形式未能大量推广和使用。

  为弥补剖分对密封性能的影响,研究人员研发出了双剖分双锁固油封,这种油封由内外环交错形成,静止的安装在设备机架中的弹性外环和保持在外环中的弹性内环,内环套装在设备的转轴上,并且相对于外环保持静止,两个剖分点都有各自的锁固方式,采用时钟55’及5’的交错接口,如图4所示。剖分处骨架两端口在自由状态下有微量间距,对接后密封主体剖分端面自动形成微量挤压配合,通过交错接口有效确保弹性补偿和密封性能。打破了传统骨架油封不能剖分的常规,开辟了密封技术的新领域。而内外环结构形成了复杂的密封通道,包括嵌装在外环中的弹性抱紧环和嵌装在内环中的轴型弹簧,外环还采用专用工具成型的球孔式切口,在提高密封能力的同时,保障径向和轴向的双向锁定,实现剖分端面的辅助定位和自动锁紧,在振动及跳动工况下不会松脱。另外,此种油封还根据温度、速度的不同采用摩擦因数极低的不同新型材料进行材料升级,并兼顾不同材料的弹性系数、摩擦因数、耐温性能及材料之间的热膨胀系数对密封性能及寿命的影响。相比普通油封,双剖分双锁固油封的安装无需退轮及开箱,只需拆下轴承盖拉开油封接口,套到轴上的密封位置。安装后由于其接口合理交错形状记忆性好,确保了弹性补偿和密封性能。经过选用优质材料,摩擦因数极低,提高了油封寿命。且现已实现无模具加工,无规格限制,因此适应性及实用性好。



图4

  目前,随着设计不断地优化,材料不断地升级,该项产品已被广泛运用于汽车、工程机械、冶金、电力、石油、机床、化学等行业及其重要工程,使用寿命也达到传统骨架油封的标准,而且随着其拆装的简单及便利,无形当中也延长了该密封方式的使用寿命。

  (2)在大型养路机械上的应用优势

  对于大型养路机械车轴齿轮箱来说,无论是进口还是国产,较多采用非接触式迷宫密封加接触式填料密封或油封密封的组合方式或单纯采用双油封密封方式。填料一般为毛毡,油封一般采用骨架油封。以图5所示为例。



图5

  如前面提到的,虽然迷宫密封属于非接触式密封,是较理想的动密封,但由于其不能够弥补车轴径向跳动造成的间隙加大问题,所以对存在径向跳动的轮对,使用较长时间后一般密封效果不是很好。而毛毡一般在低速、常温下对润滑脂及灰尘、颗粒等密封效果还可以,但对润滑油,特别是高速、高温条件下形成的低粘度润滑油密封效果不理想。且由于毛毡摩擦因数大、自润滑性、形状尺寸的记忆性很差,很容易在密封处产生间隙,进而导致密封失效。对于骨架油封来说,达到使用年限后再好的油封都会慢慢失效,而换油封都得退轮,成本上更是得不偿失。

  为了解决上述不方便,同时使维修在成本允许条件下成为可能,我们可在原安放毛毡或油封处采用与安装空间相符的双剖分双锁固油封替换,如图6所示。这样在不需要退轮及开箱的情况下,甚至都不用将车架起,在施工现场就可以进行操作及维修作业。大大降低了维修成本及时间消耗。



图6

  3 结语

  由于现在的加工水平已能满足根据原有安装位置尺寸确定油封的加工尺寸,使油封外径与压盖内表面形成过盈配合,油封高度略高于压盖深度,这样就可保证双剖分式油封在轴承透盖上的固定。通过对铁路大型养路机械车轴齿轮箱泄漏问题的分析及解决方法的摸索、试验及应用,一方面积累了维修经验,更重要的是大大降低了维修成本。而双剖分式油封,虽然目前还没有在大型养路机械上应用的实例,但由于其目前在许多行业及重要工程中的成功应用,也不失为一种技术储备及修理备选方案。而这些工作及探索都将为公司大修工作的全面展开及可持续发展夯实坚实的基础。

来源:《科学与财富》2016年2期