广州地铁车辆齿轮箱油乳化分析与对策

摘要阐述了A1、A2、B1型地铁车辆齿轮箱在架大修生产环境下出现齿轮箱油乳化的现象，就油乳化的危害性和形成齿轮箱油乳化的原因进行了分析，并采取了完善齿轮箱清洁方式、调整齿轮箱排油时刻、定期取样分析齿轮箱油等有效的应对措施。实践表明，该措施较好解决了齿轮箱油乳化问题，为地铁车辆齿轮箱的检修维护提供借鉴。

关键词地铁车辆；齿轮箱；油；乳化

中图分类号：U279.3+24 文献标识码：A

1引言

广州地铁各线型地铁车辆在实际运营及维护检修过程中均出现齿轮箱油乳化现象。从2011年中至2013年9月，A2、B1型架修车辆在试车线进行动态调试回库后，多次发现齿轮箱油乳化故障，主要表现为窥视镜周围齿轮箱油呈乳白状。

其中A1型车辆齿轮箱已到大修修程，需进行齿轮箱拆装检修。在已完成的200个A1型动车齿轮箱大修检修中，存在多例齿轮箱油乳化现象。主要在齿轮箱大修排放齿轮箱油时发现齿轮箱油存在乳化现象，且拆卸齿轮箱体后检查齿轮时发现局部齿轮面生锈，存在不同程度的铁红色锈迹如表1所示。

表1 齿轮箱油乳化现象统计情况表

车型 运营线路 修程 齿轮箱总数 齿轮箱油乳化数 故障现象

A1 1号线 大修 284 8 呈乳白状，混合后浑浊，齿轮生锈

A2 1号线、2号线 架修 416 11 呈乳白状

B1 3号线 架修 320 9 呈乳白状

注：统计时间：2011年6月1日～2013年9月

2 油乳化机理及其危害

2.1 油乳化机理

油品发生乳化必须具备三个条件：水分、表面活性物质和能量。表面活性物质是一种两亲分子，具有亲油和亲水的性质，它可以显著降低油水界面的张力。油中混入了水分和表面活性物质后，在循环流动、高速搅拌的情况下，便会发生乳化。此时，表面活性物质吸附在油水两相界面上，以亲油亲水基团使油和水连接而不易分离，水滴可以稳定地分散于油中[1]。

2.2 齿轮箱油乳化危害

（1）引起粘度上升或油膜变薄，使运动表面产生磨损、粘着和金属疲劳。

（2）使铁质金属部件表面生锈、点蚀等。

（3）引起表面疲劳剥离，金属表面产生微裂纹，微量的水解离为氢气和氧气，氢气和氧气进入微裂痕中，通过氢脆化效应加速裂纹的扩展，最终在表明形成点蚀和凹坑，缩短部件寿命[2]。

（4）引起亲水性添加剂析出，同时打破部分添加剂胶体的均匀分散。

（5）滋生菌类微生物，形成粘液进入运动部件表面，影响效果导致磨损的产生，同时也会生成恶臭及引发操作人员的皮肤过敏。

（6）加速油品氧化，特别是在有金属存在情况下，油品氧化速度增加两个数量级，粘度上升，生成酸性物质[3]。

3齿轮箱油乳化原因分析

3.1 齿轮箱油乳化原因

（1）由于地铁车辆常年在潮湿的环境中运营,空气湿度大,尤其到了梅雨季节,湿度有可能达到95% 以上。在车辆运行过程中，齿轮箱作为动力传动装置，其内部齿轮高速旋转，使齿轮箱内部形成高温高压的环境，在车辆结束运营回库后，齿轮箱逐渐冷却下来，箱体内部温度降低并形成负压，由此外界潮湿空气将从齿轮箱呼吸孔吸入齿轮箱内部，而被吸入齿轮箱的空气中含有大量水汽，待齿轮箱完全冷却后，空气中的水汽便凝结成水滴掺杂进齿轮箱油中，日复一日，齿轮箱吸入的水汽越来越多，其内部水分也越来越多，最终导致齿轮箱油污染乳化。

（2）新油含水分超标，导致齿轮箱油乳化变质。

（3）齿轮箱外壳清洗过程中，清洗剂和水通过齿轮箱迷宫环间隙进入齿轮箱内部，造成齿轮箱油乳化变质。

（4）已乳化的齿轮箱废油未完全排干净，在向齿轮箱注入新油时齿轮箱内部仍有少量带水分且已经乳化的残油，最终会导致二次污染。

3.2 大修车辆齿轮箱油乳化问题的说明与分析

目前，A2、B1型车辆架修齿轮箱整体状态（包括密封、传动、齿轮配合等性能）良好，未出现齿轮箱泄露或者异响故障，齿轮箱轴承也未达到更换里程，所以A2、B1型齿轮箱在架修作业过程中只做外观清洁与检查，不作齿轮箱分解检查。然而A1型齿轮箱轴承已到更换里程，需进行齿轮箱大修检修，需要进行齿轮箱分解检查并更换齿轮箱轴承。其架、大修作业工序如表2所示。

表2架大修作业工序安排表

作业工序 1 2 3 4 5 6 7 8

A1型大修 排油 拆卸轮对 清洗轮对 齿轮箱大修 扭矩复核 装架 加油 动调

A2型架修 清洗轮对 拆卸轮对 排油 检查轮对 扭矩复核 装架 加油 动调

B1型架修 排油 拆卸轮对 清洗轮对 检查轮对 扭矩复核 装架 加油 动调

3.2.1 A2、B1型架修车辆齿轮箱油乳化原因分析

（1）A2、B1型架修车辆齿轮箱油均是在完成动调回库后发现的乳化，而齿轮箱油是在动调前新加的油，通常情况下架修车辆动态调试时间为一天左右，所以可以排除齿轮箱呼吸潮湿空气造成齿轮箱油乳化。

（2）2011年8月将同一批次装齿轮箱的新油样品送往广州机械科学研究院检测研究所检测，检测结果是油品各项指标均符合标准，因此可排除新油含水分超标，导致齿轮箱油乳化变质。

（3）目前，A2、B1型架修车辆齿轮箱外壳的采用水管水浇淋，配合使用百洁布拭擦的清洁方法清洁齿轮箱。在清洗过程中，水管水是浇淋在齿轮箱外壳上，水流对箱体冲击压力较小，且水流未直接对准齿轮箱法兰迷宫环位置冲洗。采用该清洗方式，可以保证在清洗齿轮箱过程中，不会将清洁水通过齿轮箱迷宫环间隙渗透进入齿轮箱；其它位置（比如分箱面、窥视镜、观察孔、加油孔、排油孔）密封均良好，清洁水不会渗透入齿轮箱。

同时还需指出，以A2型车辆为例，即使在清洗过程中存在清洁水渗透进入齿轮箱内部，在下一个作业工序中，也会将齿轮箱内部的油和水一起排出。

因此，可排除清洗过程中清洗剂和水通过齿轮箱迷宫环间隙进入齿轮箱内部，造成齿轮箱油乳化变质。

（4）2011年12月将架修车A2型车87B第一轴齿轮箱油（轮对清洗前取样）送往广州机械科学研究院检测研究所检测，检测结果是油品的水分含量严重超标。

通过检测报告可以看出，若齿轮箱油不能完全排干净（存留残油在箱体内），将对新加入齿轮箱的油造成严重污染，导致新油的乳化变质。

而从齿轮箱的内部结构来看，齿轮箱内部设置有集油器，其作用是将齿轮飞溅到箱体内壁上的油液收集起来流向轴承，以起到轴承的作用。在齿轮箱排油过程中，由于集油器是独立的槽型结构，其槽内收集的废油液无法排出。

因此，基于以上几点分析，可以认同已乳化的齿轮箱废油未完全排干净，在向齿轮箱注新油时齿轮箱内部仍有少量带水分且已经乳化的残油，最终导致二次污染乳化。

3.2.2 A1型车辆大修齿轮箱油乳化原因分析

需进行大修的A1型车辆大修齿轮箱油乳化原因除上述分析的架修过程中乳化之外。发现主要是因为在拆卸分解进行落架后清洗轮对时，存在清洗过程中用高压水枪的清洗方式导致清洗剂和水通过齿轮箱迷宫环间隙进入齿轮箱内部，造成齿轮箱油乳化变质。

4 应对措施

4.1 完善齿轮箱清洁方式

由于目前A2、B1型架修车辆齿轮箱在架修作业过程中只做外观清洁与检查，其内部的残留的齿轮箱废油无法排除，最终导致新加齿轮箱的油不久后又出现乳化故障，因此建议在轮对架修中增加齿轮箱内部清洁的作业工序。借鉴广州动车段齿轮箱内部清洗工艺，如图1所示。

图1 动车段齿轮箱内部清洗设备及现场齿轮箱清洗

(1) 向齿轮箱内部注清洗油，清洗油是采用齿轮箱油与煤油的混合油(齿轮箱油与煤油之比为2：8)。

(2) 齿轮箱注油孔上安装强制循环用的注油管,排油孔安装排油管。

(3) 启动齿轮箱清洗设备, 设定转速200 r/ min, 流量20 L/ min~ 30 L/ min, 正转5 min、反转5 min, 要求通过混合油强制循环系统对齿轮箱进行清洗, 冲洗过程中齿轮箱油位应超过油面镜最高刻度线；在旋转循环冲洗过程中, 同时检查齿轮箱, 要求外观无漏油、大小齿轮跑合无异音。

(4) 确认齿轮箱清洗干净后, 组装排油塞、密封垫圈, 紧固后捆绑防松铁丝[4]。

通过以上清洗工序，即可将齿轮箱内部残留废油清洁干净，保证箱内清洁，避免残留废油导致二次污染。

另外，齿轮箱清洗时避免用高压水枪方式进行冲洗齿轮箱箱体，防止清洗剂和水通过齿轮箱迷宫环间隙进入齿轮箱内部，造成齿轮箱油乳化变质。

4.2 调整齿轮箱排油时刻

齿轮箱排油选择在在列车下线后30min至2h时内完成，根据热扩散原理， 趁齿轮箱油温未降低排油，可将齿轮箱内的铁屑杂质排的更干净。一旦齿轮箱油冷却，很多杂质和铁屑就沉淀附着在齿轮箱内壁上，因此很难将齿轮箱内的杂质和铁屑排干净。

根据车辆架修生产情况，建议将齿轮箱排油时刻安排在车辆刚从检修调进大修库或者车辆完成动调回库后进行。

若将齿轮箱排油时刻安排在车辆刚从检修调进大修库后进行，则齿轮箱在动调前完成加油。

若将齿轮箱排油时刻安排在车辆完成动调回库后进行，那么在完成排油后随即加油。

4.3 加强齿轮油状态检查

齿轮箱油乳化对齿轮箱内部轴承、齿轮危害极大，检修部门应加强齿轮箱油的跟踪观察，定期在年检作业中抽样将齿轮箱油送出检测，实时掌握齿轮箱油状态，保证齿轮箱工作良好。

4.4 定期取样分析齿轮箱油

定期对各线齿轮箱油进行取样分析，观察油中水分等各成分的含量和油品抗乳化时间的变化[5]。

5 结语

齿轮箱油乳化后不仅使性能降低，而且还破坏了油的其它性能，造成齿轮箱工作的不正常运行。通过分析特定生产环境下A1、A2、B1型地铁车辆齿轮箱油乳化的原因，并采取了有效的应对措施后，在后续的A1型车辆齿轮箱大修及A2、B1型车辆齿轮箱架修过程中未发现明显的齿轮箱油乳化问题，保证了各线地铁车辆齿轮箱油的工作状态良好，为车辆运营安全打下坚实的基础。

参考文献

[1]张瑞青,肖增弘,盛伟,李文胜.汽轮发电机组油乳化的原因及预防措施[J].沈阳工程学院学报(自然科学版).2006.(2):43-45.

[2]曹岚,宋迎剑,张来斌.设备的主动预防性维护与系统污染控制[J].设备管理与维修，2006,(11):20-23.

[3]张晨辉,林亮智.油应用及设备[M].北京:中国石化出版社,2002.167-168.

[4]广州动车客车段技术装备部.齿轮箱清洗与检修作业指导书(试行)[Z].广州:广州动车客车段,2009.

[5]周颂东.齿轮的状态及油的选择[J].与密封,1993,(6):15-18.