摘要：本文就铁道机车车辆的车轴轴箱中使用的密封装置，描述了润滑脂润滑方式及油浴润滑方式的特征，以及目前使用中的油封针对列车高速化及延长检查维修周期的技术发展动向及前景。
关键词：铁道车辆；轴箱油封；高速化；延长维修周期；动向
1铁道车辆的高速化与维修周期
与在常规线路上运行的近郊型列车、特快列车及货运列车相比，随着制动等车辆性能的提升，其最髙速度比以往任何时候都要髙。伴随着这种旋转滑动速度的上升、摩擦热的增加，将会促进油封的代表性老化即橡胶的硬化以及润滑油的劣化。此外，铁道机车车辆的全部零部件要依据维修周期，规定更换时间，油封主要是在轴承从车轴上拆卸下来时进行检査和更换。这种检查和更换的频率，由于铁路运输公司及车辆种类等不同而略有差异，但基本上可将其归纳如下：
润滑脂润滑方式（既有线电动车组和新干线电动车组）
１）重要零件检查：运行60万km或4年以内；
２）全面检查：运行120万km或8年以内；
３）全面检査：运行120万km或36个月以内（新干线电动车组）。
油浴润滑方式（新干线电动车组）
转向架检查：运行60万km或18个月。
如上所述，按照运行60万km进行更换时，油封与旋转轴的相对滑动距离达到运行路程的1/5，即12万km左右，需要史无前例的磨耗耐久性能（耐磨损性）。
2润滑脂润滑方式用油封
在轴承的滚动部位等处填充润滑脂以后，巧妙地利用轴承外圈的两端安装好油封，形成非分离型的紧凑设计。常规线路车辆的轴箱上采用圆柱滚子轴承；货车的轴箱上采用圆锥滚子轴承。该密封装置的结构是在轴承外圈的两端内面开槽，嵌入称为金属制密封盒（ｓｅａｌｃａｓｅ）的补强筋（突起），配合面形成与轴承外圆金属和油封那样的过盈配合结构。因此，从外圈拔出油封的载荷需１０ｋＮ以上，即使受到运行中的振动等，油封也不会脱落。安装在车轴上的称为档油环及套筒的旋转部分与安装了卡紧弹簧的橡胶组成的密封唇的前端通过滑动能够防止润滑脂的流出。在密封盖的后部，配对的端盖（前盖）与填密环（后盖）形成迷宫，可以防止来自外部的雨水及粉尘等侵入轴箱内，并利用保护唇进一步强化密封结构。
2.1润滑脂润滑方式的油封问题
润滑脂通常作为密封唇早期的润滑材料被大量使用，但润滑脂的流动性低，当介于密封唇前端与配对挡油环之间的润滑脂消耗完时，新的润滑脂难以提供；还有列车停止等情况造成低温时，润滑脂将凝固，使润滑性能下降。根据这些情况可以得知，密封唇伴随不良润滑状态下的摩擦及摩擦发热，更易受损伤。
2.2油封密封唇变革
在强力夹紧挡油环（轴）以实现密封的理念指导下，密封唇的紧固力（面向转轴的夹紧力）超过了100N。因此，密封唇自身发热也大，当时作为主流的密封唇材料一腈橡胶的耐热寿命不足，长时间运行时会达到橡胶的硬化寿命（橡胶丧失弹性，形成类似树脂的固态），在密封唇的滑动面上，随处可见裂纹产生。因此，开始采用耐热性优异的丙烯橡胶。但如前文所述，在低温润滑条件下，比腈橡胶耐磨性差的丙烯橡胶制作而成的油封容易产生磨耗。为了延长更换氟化橡胶油封使用周期，这种材质的硬化寿命及磨损寿命要优于上述橡胶。但在满足现行运行120万km的需求时，为了降低成本，作为提高腈橡胶耐热寿命和耐磨损寿命的对策。
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随着润滑脂性能的提高，润滑脂润滑方式也开始实用化了。对于油封，车速为300km/h时，密封唇部的旋转岡周速度将达到１８ｍ／ｓ的高转速，所以务必要将其实现低发热化。将保护唇相对于挡油环设定为非接触迷宫式，只与嵌了卡紧弹簧的密封唇接触，可以实现低热化。此外，同时要求实现更加低发热化及长寿命化，因此研究了与传统油封形状截然不同的油封。唇大致形成非接触式，并与密封、隔板共计５处部位形成有微小间隙的迷宫式密封，防止了外部的水和粉尘的侵入及润滑脂的流出。自发热温度也比传统型嵌入卡紧弹簧的油封约降低４０丈。由此，轴承寿命延长，能够满足车速３００km/h以上的高速化需求。除此之外，关于暴露在大气环境中的密封，通常是在冷轧钢板上实施磷酸锰盐覆膜处理，使其具备防锈能力。但在海岸线或是有化学设备的线路上使用时，因担心盐及酸的影响，车辆产生锈蚀，利用髙耐蚀能力的热浸镀钢板制成的防锈能力强的油封也已开始投入使用。
3油浴润滑式用油封
考虑到轴承髙速旋转时润滑油的搅拌阻力等影响，对双列圆柱滚子轴承的润滑设定了充分的油量。嵌入在车轮侧后盖（壳体）的油封的密封唇与挡油环的接触部下侧被油面浸没，在浸没位置对涡轮油进行密封。从表面看，在轴端侧的前盖处，安装了带通风孔的橡胶盖，发挥着防止润滑油流出箱外以及释放内部压力的作用。对于来自外部的粉尘及雨水等的侵入，则通过后盖与挡油环交织成钥匙状，所形成的迷宫来防止[1]。如果较为详细地考察利用油封与挡油环以及隔板形成的润滑油的循环状态。在轴承与油封之间，形成作为隔板的凸缘，当在轨道上运行引起车辆倾斜时，油箱与轴承侧的润滑油进入轴箱内产生循环，就能维持良好的润滑状态。这种结构可能是新干线动车组特有的结构。
3.1课题研究
在适应列车髙速化需求中，如车速超过３００km/h，则传统的氟化橡胶油封难以维持６０万ｋｍ的运行持久性能。当挡油环的旋转速度达到１８ｍ／ｓ以上的高圆周速度时，即使润滑状态良好，挡油环与密封唇之间也存在滑动摩擦，橡胶受到挡油环形成的微小拉拽返回作用，同时产生的较大应力加载到整个密封唇上。尤其是车辆出入隧道以及列车之间交会时，会产生压力变动。这种压力变动与车速的平方成正比加大，作用在油封的密封唇上，使其与挡油环的接触时而强，时而弱，如此反复[2]。对于这样的压力作用，在油封的橡胶材料中，配合若干种几微米大小的粉状填充材料，就能抑制磨损并维持平滑的表面状态。此外，通过橡胶与挡油环的接触及介于两者间油膜平衡稳定的状态来维持密封。但如果不能耐受高圆周速度及压力引起的摩擦应力作用，则橡胶表层会产生微小剥落，使密封唇的磨耗表面出现凹凸状，从而损害密封性能。因此，对包括填充材料在内的橡胶的组成成分实施了改进。
3.2课题研究
对产生漏油的油封进行调査发现，多数情况是因为有微小的金属系磨损粉末等异物嵌入密封唇接触面。在其它方面，从油封的制造到装配过程中，密封唇前端受到损伤；涡轮油等的热老化引起碳化（劣化）产生的油泥黏着在密封唇接触面，也会导致漏油情况的发生[3]。关于异物嵌入的原因推测如下：前文所述的列车出入隧道等产生的压力变动，促使了密封唇前端姿态的变化，在高速旋转中，密封唇前端面不能完全跟踪上挡油环，而产生的间隙中，嵌入了几微米厚度的异物。用金属粉模拟了回收调查中确认到的异物，在容易嵌入的状态下，实施了密封旋转试验。这确认了改良的氟化橡胶件相比传统型氟化橡胶件具有超过４倍的密封时间，认为对于漏油是有效的措施。
结语
总之，就铁道车辆的车轴轴箱用的密封装置，论述了润滑脂润滑方式与油浴润滑方式的特征以及使用中的油封针对铁道车辆高速化以及延长检查周期的技术开发动向。此外，车轴轴箱不仅对油封进行改进，而且对轴承、润滑油及轴箱结构等实施了各种改进以及维修方面的改进。
参考文献：
[1]杨巨平，赵永翔，蔡慧. 概率寿命相关的铁路车辆轴颈/轴箱轴承的合理设计评价载荷[J]. 机械工程学报，2015，51（18）：191-197.
[2]胡泽华，张红烨. PTFE油封技术发展趋势[J]. 润滑与密封，2015，40（10）：128-133.
[3]荆涛，常诚. 航空发动机带转油封技术方案设计[J]. 价值工程，2014，33（18）：62-63.
论文作者:王静媛,邓春阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/25
标签：润滑脂论文; 油封论文; 轴箱论文; 橡胶论文; 轴承论文; 车辆论文; 车轴论文; 《基层建设》2019年第2期论文;