DF4B型内燃机车抱轴瓦碾瓦故障分析

引言

DF4B型内燃机车是我国生产量最大、保有量最多的内燃机车,随着铁路机车朝着高速、重载方向发展,加上使用年限较长,机车故障率逐年增加,目前主要用于支线货运牵引任务。该机车为直流传动普速机车,牵引电动机采用刚性抱轴承半悬挂式,机车簧下重量大,转向架减振性能较差,机车抱轴承承受的冲击载荷较大,容易发生故障。此外,机车经多次大修和中修后,机车抱轴承各项性能已大不如前,机车抱轴瓦故障发生率大大增加,不仅增加了检修成本和检修人员的工作量,而且处理麻烦,有时还要救援,如果发现不及时,会造成车轴拉伤,甚至造成烧轴或切轴事故,严重影响铁路运行安全和铁路生产秩序,为此迫切需要研究机车抱轴瓦故障产生的主要原因,并提出具体的解决措施,以有效减少或遏制抱轴瓦碾瓦故障的发生。

1抱轴瓦碾瓦机理分析

DF4B型内燃机车牵引电动机采用轴悬式结构(抱轴式半悬挂）,电动机一端通过抱轴承刚性支承在车轴上,另一端通过吊杆装置吊在转向架的电机吊座上。抱轴承一方面承受电机的静载荷,另一方面承受电机工作时产生的反力。抱轴承为剖分式滑动轴承,即抱轴瓦,其由内瓦和外瓦两块组成,成对加工和安装,不成对不能混装。每个半瓦都由铜瓦背和巴氏合金组成,如图1所示。

1一键;2一电机体;3一上瓦;4一下瓦体;5一集油器;6一油尺;7一油箱;8一加油管;9一弹簧;10一毛刷;11一排油堵;12一下瓦。

图1半瓦结构组成

在下轴瓦上开有方孔,集油器毛刷上的毛线可以通过方孔压在抱轴颈上,以便轴承进行润滑。润滑油靠毛细管作用被毛线吸上去,润滑轴颈表面。为保证毛线贴靠车轴轴颈,利用杠杆机构将集油器压紧。润滑油在润滑完轴颈后,流回油箱,以便循环使用。

车轴在抱轴瓦内转动,润滑油通过油楔作用,在润滑面形成高强度油膜。如果润滑不良,摩擦力变大,温度就会升高,一方面润滑油在高温下黏度变小,高强度油膜难以建立,润滑性能变差:另一方面,车轴和抱轴瓦在高温下配合间隙变小,油膜厚度不足,接触面边界摩擦。这两个方面都会进一步加剧抱轴瓦的摩擦和磨损,最终导致抱轴瓦碾瓦故障的发生。因此,保证抱轴瓦的润滑良好是避免发生抱轴瓦碾瓦故障的关键。

2抱轴瓦碾瓦故障原因分析

2.1电机抱轴座孔圆度、圆柱度不符合要求

由于DF4B型内燃机车使用年限较长,牵引电动机抱轴座孔和抱轴瓦背经过长期磨损,造成电机抱轴座孔磨损、变形,圆度、圆柱度不符合工艺要求,导致抱轴瓦工作面不能适应轮轴挠性弯曲变形,工作面接触不良,进而造成压力分布不均,局部压力过大,不能形成正常的油楔,车轴和轴瓦接触面处于边界摩擦状态,磨耗量迅速增大,磨料增多堵塞油路,污染油刷和油箱,发生碾瓦故障。

2.2抱轴瓦间隙不符合要求

为了保证瓦面有一定量的油膜和传动齿轮的正常啮合,轴瓦和车轴轴颈间的间隙要求在0.25～0.4mm。如果抱轴瓦间隙过大,轴瓦振动冲击较大,润滑油容易迅速从间隙中流出,不易建立高强度油膜,造成热轴或烧损巴氏合金:如果抱轴瓦间隙过小,润滑油量较少,机车运行中的高频震动造成轴颈瞬间直接与抱轴瓦接触,发生边界摩擦,造成摩擦磨损加剧,进而导致碾瓦故障的发生。

2.3吸油器故障

抱轴瓦没有专门的油泵为其泵油,通过吸油器将润滑油从油箱吸入轴瓦间隙。吸油器弹簧折断或使用时间较长时弹力不足,都会造成吸油器与轴颈润滑面密贴不紧,进而导致润滑油外流,供油量不足,润滑不良,发生碾瓦故障:吸油器毛线吸油性变差,造成毛线浸油量不足,供油量少,导致润滑不良,发生碾瓦故障。

2.4齿轮箱窜油

在机车运行过程中,由于震动等原因造成齿轮箱出现裂漏或密封毡条漏油现象,造成齿轮箱密封不良,部分齿轮箱油脂窜入抱轴瓦,与轴瓦润滑油混合,导致润滑油油质不良,不但破坏了抱轴瓦油膜,而且还能将齿轮箱内磨损的金属颗粒带入抱轴瓦,划伤工作面,长时间会造成油路堵塞,发生碾瓦故障。

2.5抱轴油盒缺油

在机车运行过程中,由于震动、磕碰等原因抱轴油箱出现裂漏,造成抱轴承油箱润滑油泄漏,造成油量不足,导致吸油器毛线浸油深度不够,吸油器吸油量减少,润滑不良,发生碾瓦故障。

2.6组装和检修时没有达到技术工艺要求

抱轴瓦检修工艺不规范,刮修不良,不能有效清除轴瓦上的毛刺,喇叭口和内圆刮修过渡不当,削薄量不符合要求,轴瓦和轴不能保证均匀接触,工作面接触不良,进而造成压力分布不均,局部压力过大,发生碾瓦故障。此外,紧固螺栓时,使用风动扳手一次拧紧,没有采用对角紧固,造成螺栓紧固力矩不均衡,局部压力过大,发生碾瓦故障。

3防止抱轴瓦碾瓦的具体措施

3.1严格控制抱轴孔座的圆度和圆柱度

中修时,测量牵引电动机抱轴孔座圆度和圆柱度,对超限者进行再加工,确保孔座圆度和圆柱度符合要求。测量抱轴瓦紧余量,确保轴瓦尺寸在规定范围内。测量抱轴瓦弹涨量,如果过小必须更换,确保抱轴瓦背与牵引电机抱轴瓦座及瓦盖均匀接触,以保证导热充分,没有震动冲击。剖分面不发生错口,以保证抱轴瓦能形成良好的油膜。

3.2保证抱轴瓦的修理质量

检修时,提高抱轴瓦刮修质量,认真清除毛刺和棱边,人为延长喇叭口长度,以确保内圆和喇叭口圆弧度。组装时,靠轴检查(与车轴的密贴检查）应保证均匀接触,接触面积不应低于75%,组装时对角紧固螺栓,并使紧固力矩均衡。

3.3严格控制抱轴瓦间隙

检修时,认真测量车轴和抱轴瓦尺寸,将抱轴瓦间隙控制在0.25～0.4mm,必要时更换尺寸不合适的抱轴瓦,避免出现抱轴瓦间隙过大或过小的情况。

3.4检查吸油器性能

检查抱轴承油箱润滑油量,将轴箱油位控制在油尺刻度线中上部,保证油量供应:检查吸油器弹簧状态,更换弹性不足的吸油器弹簧,保证吸油器和车轴轴颈密贴:检查吸油器毛线吸油性能,更换毛细吸油能力差的毛线,保证吸油性能。

3.5检查齿轮箱密封情况

测量齿轮箱和油封孔磨耗量,更换不良齿轮箱,保证齿轮箱密封良好。齿轮箱毡条应进行24h浸油处理,嵌入毡条时应高出油封孔3mm,并穿销钉固定,以防止齿轮箱窜油。此外,组装齿轮箱时保证齿轮箱不能倾斜,保证组装质量。

4结语

本文在调查分析的基础上,从DF4B型内燃机车抱轴瓦的加工精度、组装工艺和使用情况等多方面分析了抱轴瓦常见的几种碾瓦故障及其产生的主要原因,并提出了防止抱轴瓦碾瓦的具体措施,通过严格执行以上防范措施,在机车运行中机车抱轴瓦碾瓦故障明显降低,不仅减轻了检修工作量,缩短了检修时间,还节约了生产成本,效果显著。