廖軍 周宏兵
摘要:本文先介紹了鐵路車輛轉(zhuǎn)向架軸箱應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)目前的工藝進(jìn)行了分析,提出了高壓水清洗工藝思路,并進(jìn)行了高壓水清洗對(duì)軸箱表面清潔度影響、軸箱油漆施工驗(yàn)證證明油漆成膜致密均勻,無(wú)明顯的表面缺陷,外觀檢查合格且刀撥法和拉拔法對(duì)油漆附著力評(píng)估合格。本文提出了的新型的高壓水清洗工藝,采用環(huán)保型水性清洗劑+高壓水槍沖洗工藝,具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。操作難度、工人勞動(dòng)強(qiáng)度均得到明顯改善,工人操作更輕松、靈活。值得推廣此工藝。
關(guān)鍵詞:鐵路車輛;轉(zhuǎn)向架;軸箱;水清洗
中圖分類號(hào):U279? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)12-0038-02
1? 研究背景
轉(zhuǎn)向架作為鐵路車輛的關(guān)鍵部件之一,對(duì)車輛的運(yùn)行性能起著決定性的作用。轉(zhuǎn)向架按構(gòu)架組成形式分為鑄造三大件式轉(zhuǎn)向架和焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架。鑄造三大件式轉(zhuǎn)向架的軸箱通常為承載鞍形式,落成時(shí)承載鞍位于滾動(dòng)軸承頂部,鞍面覆蓋面不超過(guò)滾動(dòng)軸承上半圓部分。焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的軸箱常見形式有兩側(cè)承臺(tái)式軸箱和轉(zhuǎn)臂式軸箱,落成時(shí)軸箱主體包裹于軸承外部,包裹面通常對(duì)軸承外圈全部覆蓋,通常兩側(cè)承臺(tái)式軸箱和轉(zhuǎn)臂式軸箱會(huì)在底部設(shè)置有軸溫探測(cè)孔,以滿足車輛運(yùn)行時(shí)THDS系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向架軸承溫度的監(jiān)測(cè)需求。軸箱裝置的作用是:將輪對(duì)和側(cè)架或構(gòu)架聯(lián)系在一起,使輪對(duì)沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿線路的平動(dòng);承受車輛的重量,傳遞各方向的作用力;保證良好的潤(rùn)滑性能,減少磨耗,降低運(yùn)行阻力;良好的密封性,防止塵土、雨水等物侵入及甩油,從而避免破壞油脂的潤(rùn)滑,甚至發(fā)生燃軸等事故[1]。車輛在正常運(yùn)行條件下,車體坐落于轉(zhuǎn)向架上,通過(guò)軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿線路運(yùn)行的平動(dòng),并且通過(guò)軸箱將來(lái)自輪軌間的制動(dòng)力和牽引力傳遞給車體并轉(zhuǎn)變?yōu)檐圀w的加速度來(lái)源。同時(shí),軸箱還起到承受車輛重量和保護(hù)軸承等重要作用。因此,面對(duì)車輛運(yùn)行的復(fù)雜氣候環(huán)境,軸箱的表面涂裝防腐措施對(duì)于車輛的運(yùn)行安全至關(guān)重要。鐵路車輛轉(zhuǎn)向架軸箱常年受到惡劣環(huán)境的影響,對(duì)于在海邊運(yùn)行環(huán)境的軸箱,還會(huì)受到海水、鹽霧的侵蝕,因此極易受到腐蝕。清洗作為軸箱表面噴涂工藝的關(guān)鍵工序,對(duì)噴涂后油漆外觀、附著力等性能有著重要的影響。
目前的表面清洗主要采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑+人工刷洗方式,以清除軸箱待油漆表面的殘留油污、雜質(zhì)等異物,此方式雖被驗(yàn)證能達(dá)到清洗要求,但是使用的清洗劑為揮發(fā)性有機(jī)物VOCs[2][3],VOCs不僅對(duì)環(huán)境影響較大,而且對(duì)人體傷害也很大。不僅如此,此方式采用人工刷洗,存在效率低、成本高、廢水難以處理等問題。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視及企業(yè)降本增效需求,迫切需要尋求更環(huán)保、更高效、更經(jīng)濟(jì)的清洗方式[2]。
本文采用水溶性清洗劑+高壓水槍噴射清洗的方式,該清洗方式具有優(yōu)異的清洗性能、效率高、去油污[4]、鹽分等效果明顯,而且水溶性清洗劑相比揮發(fā)性有機(jī)溶劑更加環(huán)保,切合了更環(huán)保、更高效、更經(jīng)濟(jì)的需求[4]。此外,國(guó)際同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手均已開始采用高壓水清洗工藝,該工藝在行業(yè)內(nèi)已得到廣泛認(rèn)可和使用。油漆的附著力和使用壽命,不僅取決于油漆本身的質(zhì)量,同時(shí)還與油漆前的表面處理密切相關(guān)[5]。而油漆的附著力及耐久性等使用質(zhì)量與表面的清洗密切相關(guān)。軸箱表面清洗主要是提高表面的清潔度,去除表面的鹽分。對(duì)清理后的表面使用無(wú)水無(wú)油的壓縮空氣吹去表面的灰塵和雜質(zhì),要求零件表面灰塵等級(jí)≤2級(jí)。清洗后油漆前,對(duì)待油漆表面做如下檢查:①清潔度檢查:所有待油漆面目測(cè)無(wú)可見黑斑、銹蝕,無(wú)污染等雜質(zhì)殘留,用干凈白紙擦拭無(wú)可見黑印,檢測(cè)率要求100%;②灰塵度檢查:軸箱表面做灰塵度檢查,根據(jù)ISO8502-3灰塵數(shù)量及尺寸等級(jí)≤2級(jí)。所有待油漆面目測(cè)無(wú)可見油跡、油漬,對(duì)軸箱待涂裝各面,需各隨機(jī)抽取1點(diǎn)用異丙醇檢測(cè)。油漆清洗不到位引起的油漆大面積剝落問題,其中一個(gè)主要的原因就是表面清理不當(dāng),底材上有微量的粉物、灰塵、污垢、油及油脂、水、銹和化學(xué)物質(zhì)等雜質(zhì)。不僅如此,表面油類、臟污等污物同樣也會(huì)導(dǎo)致起泡、縮孔縮邊等缺陷。
2? 高壓水清洗工藝研究
軸箱在清洗時(shí),現(xiàn)場(chǎng)工人采用溶劑型清洗劑對(duì)箱體表面進(jìn)行刷洗,一方面采用的揮發(fā)性有機(jī)溶劑含有大量的有機(jī)化合物(VOC),這些揮發(fā)的VOC排放到大氣后,會(huì)產(chǎn)生一定的光電反應(yīng),對(duì)臭氧層有一定的破壞作用,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致皮膚癌、白內(nèi)障,削弱免疫系統(tǒng)[2]。另一方面采用人工刷洗的方式效率較低,且人工刷洗方式對(duì)軸箱涂裝面也可能產(chǎn)生劃傷。
2.1 高壓水清洗對(duì)軸箱表面清潔度影響
化學(xué)除油主要是利用熱堿溶液對(duì)油脂的皂化和乳化作用。高壓水清洗溶劑采用的是水溶性溶劑SurTec168K2,SurTec085清洗添加劑和SurTec533水合性腐蝕抑制劑。其中SurTec168K2中含有10~20%的氫氧化鉀,氫氧化鉀屬于強(qiáng)堿性,軸箱在機(jī)械加工后,表面含有大量的油污、冷卻液殘留,而油污主要成分是油脂,油脂在堿性條件下(加熱)能夠水解生成有機(jī)羧酸鹽和醇,兩者都能溶于水。
SurTec085可以將無(wú)法用堿皂化的油乳化而形成乳濁液而去除。在除油過(guò)程中,首先表面活性劑中的乳化劑吸附在油與溶液的分界面上,其中親油基與零件表面的油發(fā)生親和作用;而親水基則與除油水溶液親和。在乳化劑的作用下,油污逐漸從金屬零件表面脫離,呈細(xì)小的液滴分散在除油液中,達(dá)到除去軸箱表面油污的作用。
如公式(1)所示軸箱表面油污在清洗劑的作用下,成功的將基體與油污分離,最后在加熱的作用下基體與水分離。加熱能夠提高皂化產(chǎn)物的溶解性,增加皂化、乳化反應(yīng)速度,加快溶液的循環(huán)、降低油性物質(zhì)的粘度、加強(qiáng)除油溶液的對(duì)流等,但溫度不能過(guò)高,過(guò)高的溫度使得能源消耗嚴(yán)重、溶液蒸發(fā)加快,不利于室內(nèi)環(huán)境和安全操作。
2.2 高壓沖洗原理
高壓水清洗運(yùn)用液體增壓原理,通過(guò)增壓裝置將水的壓力提高到一定值,具有一定壓力的水再通過(guò)小孔噴嘴,將壓力能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,從而形成高速的水射流。清洗時(shí)將藥劑在一定溫度下,以一定的壓力作用于工件表面,使工件表面的油污、粘附物及輕微氧化物得以清除,達(dá)到涂裝前的要求,適用于表面少銹多油的工件,是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效、節(jié)能、環(huán)保的前處理方式。
高壓清洗時(shí),熱能對(duì)清洗效果也起著很重要的作用,由于水和有機(jī)溶劑對(duì)污垢的溶解速度和溶解量隨著溫度的升高而升高,提高溫度有利于溶劑發(fā)揮溶解作用,并且還可以節(jié)約水和有機(jī)溶劑的使用量。高壓水清洗的方法屬于物理清洗的方法,與傳統(tǒng)的人工、機(jī)械清洗及化學(xué)清洗方法相比,有如下優(yōu)點(diǎn):①清洗質(zhì)量高;②清洗速度快;③清洗成本低;④安全性高。
2.3 工藝試驗(yàn)
清洗參數(shù)如表1所示。清洗完成后,采用無(wú)水無(wú)油的壓縮空氣將軸箱表面吹干,檢測(cè)軸箱表面清潔度及油污,檢測(cè)合格后對(duì)軸箱進(jìn)行噴涂油漆。
清洗前,需要對(duì)清洗環(huán)境進(jìn)行檢測(cè),采用溫濕度檢測(cè)儀檢測(cè)空氣溫濕度,保證空氣相對(duì)濕度要低于85%,采用溫度檢測(cè)儀檢測(cè)軸箱表面溫度,確保待處理表面溫度高于露點(diǎn)溫度至少3℃,并確認(rèn)清洗劑是否在有效期內(nèi)。
高壓清洗試驗(yàn)所用到的堿性清洗劑SurTec 168 K2和SurTec 085,將兩種溶液采用5L量杯按照2:1的比例混合。
2.4 高壓水清洗試驗(yàn)結(jié)果分析
清洗軸箱表面主要是去除表面的油污及雜質(zhì),因此需要對(duì)清洗后的軸箱表面進(jìn)行油污檢查。油污檢查采用異丙醇檢測(cè)表面油污的方法:用干凈的棉球蘸異丙醇并擦拭零件表面,然后將棉球上的異丙醇擠入試管中,再往試管中添加2~3倍的水,搖勻,如果試管中的溶液出現(xiàn)絮狀混濁物,則擦拭表面存在油污;如果溶液仍然清澈,則擦拭表面無(wú)油污。
2.5 軸箱油漆施工驗(yàn)證
對(duì)油漆的外觀進(jìn)行檢查,選取4處,觀察發(fā)現(xiàn),油漆成膜致密均勻,無(wú)明顯的表面缺陷,外觀檢查合格。
檢查軸箱表面油漆附著力,附著力檢測(cè)可按劃格法(ISO 2409)、刀撥法(ASTM D6677)或拉拔法(ISO 4624)進(jìn)行,劃格法適用于漆膜厚度在250μm以下的油漆附著力評(píng)估,刀撥法和拉拔法適用于任何漆膜厚度的油漆附著力評(píng)估。本文首先采用刀撥法對(duì)油漆附著力進(jìn)行檢測(cè),然后再軸箱上選取12個(gè)點(diǎn)做拉拔法檢測(cè)。油漆后做刀撥法試驗(yàn),刀撥法檢測(cè)分為0、2、4、6、8、10六個(gè)等級(jí),其中附著力10級(jí)或者8級(jí)認(rèn)定為合格。10級(jí)表示涂層極難撬下。涂層碎片不超過(guò)1/32英寸×1/32英寸(0.8mm×0.8mm),撬涂層時(shí)非常費(fèi)力。8級(jí)表示涂層很難撬下。涂層碎片在1/16英寸×1/16英寸(1.6mm×1.6mm)到1/8英寸×1/8英寸(3.2mm×3.2mm)之間,撬涂層時(shí)很費(fèi)力。試驗(yàn)用美工刀在油漆面畫叉,刀撥涂層碎片在(1.6mm×1.6mm)到1/8英寸×1/8英寸(3.2mm×3.2mm)之間,或者不超過(guò)1/32英寸×1/32英寸(0.8mm×0.8mm)。視為合格。
油漆做拉拔法試驗(yàn),拉開法根據(jù)ISO4624進(jìn)行。首選檢測(cè)需要做拉拔試驗(yàn)點(diǎn)的油漆厚度,然后對(duì)該點(diǎn)做拉拔試驗(yàn)。選取的其中三個(gè)點(diǎn)的拉拔試驗(yàn)圖片,三個(gè)點(diǎn)的漆膜總后分別為269um、281um、294um,都已經(jīng)滿足了漆膜厚度達(dá)到240um以上的要求。油漆的附著力大小測(cè)試結(jié)果大于11MPa(要求大于5MPa為合格),驗(yàn)證了新的清洗工藝是能滿足質(zhì)量要求的。
3? 結(jié)論
通過(guò)新清洗工藝試驗(yàn),驗(yàn)證了新清洗工藝的可操作性及可靠性,軸箱表面能達(dá)到所需表面處理質(zhì)量;驗(yàn)證了新工藝具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保上的優(yōu)越性,相比傳統(tǒng)清洗方式,能提效35%,降本20%,降低VOCs排放量90%以上;同時(shí)驗(yàn)證了工人勞動(dòng)強(qiáng)度得到改善,無(wú)論從操作難度、危險(xiǎn)性等方面均得到明顯改善,工人操作更輕松、靈活。本文提出的采用環(huán)保型水性清洗劑+高壓水槍沖洗工藝,相較于采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑+人工刷洗的傳統(tǒng)工藝方式,具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
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