SS4型机车抱轴箱与齿轮箱统一用抱轴瓦油的研究

因此，要求改进性能后的抱轴瓦油既要具有优良的 低温性能和黏温性能以保证毛线油托的毛细作用供油， 维持悬挂电机的正常工作，又要具有良好的极压抗磨性 能以承受齿轮间的极压、冲击负荷，基本达到齿轮润滑剂 的技术指标。这样在两个部位使用同一种油就避免了抱
收稿日期：2009-与城轨车辆·2009 年第 4 期
洛阳机务段于 2006 年 9 月相继对所配属 SS4 型机 车的抱轴箱与齿轮箱中统一使用性能改进后的抱轴瓦 油。从使用抱轴瓦油至今，每台车平均走行 467 110 km， 抱轴瓦、齿轮间润滑效果均良好，没有因为统一使用抱轴
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茹更生 等·SS4 型机车抱轴箱与齿轮箱统一用抱轴瓦油的研究·2009 年第 4 期
同时紧密跟踪监测现场油品性能以及抱轴瓦、齿轮磨损 量的变化规律，不断在使用过程中积累数据，完善性能指 标，提高油品质量，使这一技术创新成果能够完全满足现 场的使用要求，取得了令人满意的效果。2007 年 11 月在 乌鲁木齐由铁道部运输局装备部主持的 《关于改进性能 后的铁路机车牵引电机抱轴瓦油现场运用报告》 会议上 进行了审议，该课题得到了与会专家的好评，目前该项技 术已广泛应用于全路 SS4 型机车上。
（1. 郑州铁路局机务处，河南 郑州 450052；2. 郑州铁路局洛阳机务段，河南 洛阳 471002； 3. 哈尔滨铁路局机务处，黑龙江 哈尔滨 150006）
摘 要：针对 SS4 型机车抱轴箱与齿轮箱的润滑剂在使用过程中相互串油、混油而导致的问题，提出了将抱轴瓦油性
能指标改进后统一用在机车抱轴箱与齿轮箱中的措施，经过近 5 年的装车运用试验，表明该油品能同时满足抱轴箱与齿
轮箱的润滑，可以满足机车使用要求。
关键词：SS4 型机车；抱轴瓦油；抱轴箱；齿轮箱；润滑；磨损；研究
中图分类号：U268.5+4
文献标识码：B
文章编号：1672- 1187（2009）04- 0037- 03
0 引言
SS4 型机车是目前铁路货物运输的主要牵引动力，其 功率大，速度快，运行可靠，但是其抱轴箱与齿轮箱的主 体结构仍采用传统的半悬挂式抱轴箱与齿轮箱一体设 计，位置相连（或以密封圈相隔）。由于机车运行中的蛇行 运动和启动、制动时产生较大的冲击，使抱轴箱与齿轮箱 中分别使用的润滑油或润滑脂易发生相互串油而造成混 油现象。这种结构设计上的欠缺，给抱轴箱和齿轮箱分别 按照铁道部文件[1- 3]规范使用润滑油脂的要求带来了很大 的困难。
观察中修时 SS40011 机车的齿轮、抱轴瓦状态，我们 发现，大小齿轮啮合面无异常磨损或损伤，运行状态正 常，个别齿轮啮合面有少数微小麻点（分析为疲劳磨损所 致），而抱轴瓦面运用状态良好，无烧损和非正常磨损现 象。 2.2 候月线 SS4 型机车运用结果
郑州铁路局洛阳机务段配属 SS4 型机车 33 台，主要 承担洛阳北—嘉峰至新乡南 341 km 和洛阳北至月山的 货物运输任务，在其担当的运输线路中坡度最大为 13‰，线路半径最小为 400 m，平均牵引重量为 3 080 t。
表 1 改性后牵引电机抱轴瓦油理化分析试验结果
项目 运动黏度（40 ℃）/ mm2·s-1
南方油样 北方油样 试验方法 70.65 57.23 GB/T265
黏度指数
GB/T1995 或
111
125
GB/T2541
倾点 /℃
－26 －36 通过 GB/T3535
低温动力黏度 /Pa·s（- 25 ℃， 剪切速率 D=3 s-1）
表 2 宝鸡机务段运用机车齿轮箱用抱轴瓦油化验分析结果
MOA 发射光谱分析
运动黏度 /
取样部位
主要元素含量 / μg·g-1
mm·2 s-1 黏度
Fe Cu Pb Sn Si Zn 40 ℃ 100 ℃ 指数
A 右 3 齿轮箱 652.54 133.86 13.32 66.06 120.18 1040.22 63.65 8.66 108
2 现场使用情况
2.1 宝成线 SS4 型机车运用结果 原郑州铁路局宝鸡机务段配属 SS4 型机车 66 台，主
要承担宝鸡—广元 354 km 的货运以及宝鸡—秦岭 91 km 的客货补机牵引运输任务。宝鸡—秦岭区段，坡度最大 达 33‰，运行区间半径达 300 m 的有 89 处，是全路运 行线路中最为恶劣的区段之一，3 台机车牵引 （拉—推 结合）2 800 t，限速 70 km/h，运用工况十分苛刻。该段 SS4 型机车曾使用双曲线齿轮油，该油串入抱轴箱中，引起多 起抱轴瓦烧损、碾片故障。2001 年 9 月开始在 SS4 型机车 抱轴箱与齿轮箱中统一使用性能改进后的抱轴瓦油。中 国铁道科学研究院金属及化学研究所与郑州局机务处共 同于 2004 年 6 月追踪调查了该油的使用情况，并从入库 做中修（走行 420 647 km）的 SS40011 机车 6 个齿轮箱中 取了油样进行分析检测，其结果见表 2。
19.1 172.0 TB/T2986 （－20℃）（－40℃） 附录A
四球磨斑直径 /mm（392 N，30 min， 室温，1 450 r/min）
0.33
0.34 SH/T0189
闪点（开口）/℃
216
198 GB/T3536
腐蚀（40 或 50 号钢片，100 ℃，3 h） 合格 合格 SH/T0195
A 左 4 齿轮箱 278.90 15.04 6.36 0.00 136.38 1011.30 58.78 8.11 105
B 左 3 齿轮箱 363.86 20.72 8.74 2.82 143.10 1003.72 61.25 8.18 101
从表 2 可以看出：1）右侧齿轮箱油样的 Fe 含量高于左 侧，且 6 个油样中 Fe 含量都很高，说明该机车运用工况十 分苛刻（坡道大、弯道多），齿轮承受的啮合负荷和冲击负 荷都很大，且右侧更苛于左侧，这与机车牵引于宝鸡—秦 岭中爬行弯道多左向有关；2）Si 含量大都在100 μg/g 以 上，反映了该机车齿轮箱密封不好，外界灰沙进入较多， Si 含量多恶化了润滑状态，加剧了齿轮的非正常磨损；3） 抽检油品的黏度及黏度指数运用后变化不大，说明抱轴 瓦油使用性能较为稳定。
哈尔滨机务段担当哈大线哈尔滨南—长春北 237 km 的货运机车牵引任务，平均牵引重量 5 000 t。2001 年 11 月曾因串油问题导致牵引电机抱轴瓦烧损故障 34 件，其 中有 1 台机车碾、烧抱轴瓦 16 块。从 2002 开始，该段配 属的 40 台 SS4 型机车在抱轴箱与齿轮箱中统一使用了 抱轴瓦油，其间，运用、检修、化验、给油保养等人员密切 配合及时补油并检测油品质量。2005 年 10 月和 2006 年 11 月两次随机从 5 台运用机车 12 个牵引齿轮箱内进行 了取样监测，主要对所取油样的运动黏度、黏度指数和油 中的磨损金属元素做了检测分析。
第 32 卷 第 4 期 2009 年 7 月 20 日
◆ 建议·探讨 ◆
电力机车与城轨车辆 Electric Locomotives ＆ Mass Transit Vehicles
SS4 型机车抱轴箱与齿轮箱 统一用抱轴瓦油的研究
Vol. 32 No. 4 Jul. 20th，2009
茹更生 1，陈 华 1，刘同锋 2，刘昌辉 2，高进涛 2，王志君 3
自 SS4 型机车接回该段后，抱轴箱和齿轮箱相互串 油问题一直得不到解决，严重影响到轴瓦和齿轮部件的 润滑，极易造成轴承磨损或烧轴的质量隐患。从 2003 年 10 月 起 我 们 选 择 了 SS40437、SS40442、SS40440 和 SS47073 等 4 台机车做试验，在这 4 台试验机车的抱轴箱 和齿轮箱中统一使用性能改进后的抱轴瓦油。经过对上 述机车 3 年多的跟踪检查表明，抱轴瓦和齿轮间润滑良 好，走行部未出现因油润情况不良所造成的质量问题。通 过对齿轮箱运用过程中抱轴瓦油的化验分析和中修时机 车抱轴瓦及齿轮表面的检查，未发现润滑不良和异常磨 损。这证明在 SS4 型机车齿轮箱与抱轴箱中统一使用抱 轴瓦油是成功的。
水分 /%
无
无
GB/T260
机械杂质 /%
0.032 0.025 GB/T511
挥发失重 /%（80 ℃，8 h）
0.53
0.46 TB/T2986
承载能力（四球法）最大无卡咬负荷 PB/N 1 186 1 186 GB/T3142
上述分析结果表明，在保证符合抱轴瓦油铁道行业 标准[4]的前提下，对抱轴瓦油技术条件增补承载能力（四 球法） 最大无卡咬负荷 PB，作为满足齿轮润滑的保证项 目，技术指标不小于 1 186 N，比现用抱轴瓦油实际提高 4 级以上，完全达到了机车齿轮润滑剂[2- 3]的要求，这为改性 后的抱轴瓦油在 SS4 型机车抱轴箱与齿轮箱中统一使用 提供了技术保障。
由于串油现象的存在，抱轴瓦油从抱轴箱混入齿轮 箱中，将齿轮润滑剂稀释，降低了齿轮油的极压抗磨性 能；而当齿轮箱中的润滑剂串入抱轴箱可导致抱轴瓦油 黏度增高、油品颜色异常变黑，致使毛线油托发生供油困 难，造成牵引电机抱轴瓦烧损、碾片等故障，从而严重影 响牵引电机使用安全。
鉴于长期以来一直没有一种润滑油品既能满足 SS4 型机车抱轴箱润滑，又能适应其齿轮箱润滑。因此，笔者 提出将抱轴瓦油进行性能改进，然后将其统一用在 SS4 型机车抱轴箱与齿轮箱中。根据 SS4 型机车的实际使用 情况，自 2002 年起，在中国铁道科学研究院金属及化学 研究所的指导和帮助下，我们先后在宝成线的宝鸡—广 元、候月线的洛阳北—侯马北—新乡南、哈大线的哈尔滨 南—长春北线路上进行该型机车统一用油的试验研究，
检测得出：1） 除 SS40593 机车 （走行 610 813 km） B 左 3 齿轮箱取样中 Fe、Cu、Sn 等 磨 损 元 素 含 量 较 高 （100 μg/g 左右）以外，其它油样中均较低。这说明机车牵 引齿轮未出现异常磨损，齿轮运用状态正常，所用抱轴瓦 油的使用性能基本适应机车运用工况的要求。2）所取油 样中的 Zn 元素含量（来自抱轴瓦油中的添加剂）都较高 （800～1 100 μg/g 左右），反映出油品的使用性能基本稳 定，运用中能保持良好的润滑性；同时 Si 元素含量数值 比较小，说明齿轮箱的密封状态比较好。3）所取油样的黏 度指数都在 100 以上，其黏温性能较好，40 ℃运动黏度大 都在 50 mm2/s 左右，仅比新油黏度下降 4～8 mm2/s，这都 说明抱轴瓦油在机车运用 （走行 30 万～60 万 km） 过程 中，其使用性能是非常稳定的。