承載鞍與軸承熱軸關(guān)系探討

肖 斌

(1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研修學(xué)院， 北京 100081；2 廣州鐵路(集團(tuán))公司 株洲車輛段技術(shù)科， 湖南株洲 412000)

承載鞍與軸承熱軸關(guān)系探討

肖 斌1,2

(1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研修學(xué)院， 北京 100081；2 廣州鐵路(集團(tuán))公司 株洲車輛段技術(shù)科， 湖南株洲 412000)

隨著鐵路貨車運(yùn)行速度逐步提升,貨物列車熱軸故障開(kāi)始增多，成為影響運(yùn)輸安全和運(yùn)輸秩序的主要故障之一，通過(guò)討論承載鞍磨耗及組裝過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析了其對(duì)產(chǎn)生軸承熱軸帶來(lái)的影響，提出了承載鞍在檢測(cè)和組裝過(guò)程中的幾項(xiàng)要點(diǎn)和建議，以預(yù)防軸承熱軸的產(chǎn)生。

承載鞍； 熱軸； 磨耗分析

近年來(lái)，隨著鐵路貨物列車運(yùn)行速度不斷提升，軸承熱軸故障逐漸增多，成為了影響運(yùn)輸效率和擾亂運(yùn)輸秩序的重要故障，因此預(yù)防軸承熱軸，對(duì)保障運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率有著重要的實(shí)際意義。從承載鞍的磨耗與組裝過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，探討承載鞍裝配對(duì)軸承熱軸的影響。

1 軸承熱軸的主要因素分析

從貨車檢修單位日常檢修及運(yùn)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)生軸承熱軸的的故障表現(xiàn)形式主要有以下幾種類型：密封罩松動(dòng)脫出、外圈缺損、保持架裂損、滾道擦傷剝離、滾子剝離、軸承與承載鞍接觸不良等。其中，除了與承載鞍接觸不良故障是與其余配件的配合組裝問(wèn)題，其他因素均為軸承內(nèi)部檢修質(zhì)量問(wèn)題。而我們?nèi)粘Ｔ谶M(jìn)行軸承熱軸原因分析時(shí)，多是對(duì)軸承本身質(zhì)量進(jìn)行分析，而往往忽視了承載鞍及軸承的配套問(wèn)題。承載鞍作為輪對(duì)支撐的活動(dòng)支點(diǎn)，同時(shí)具有傳遞輪重載荷和防護(hù)滾動(dòng)軸承的雙重功能，是無(wú)軸箱體貨車轉(zhuǎn)向架的重要部件，其與軸承的配合良好程度，在很大程度上影響著軸承的正常使用性能，因此，本文將著重對(duì)軸承及承載鞍的配合組裝問(wèn)題進(jìn)行探討。

2 典型熱軸實(shí)例

本文選取近期發(fā)生的兩起比較典型的THDS預(yù)報(bào)熱軸的情況進(jìn)行分析：

(1) 2014年9月11日18:28分，京廣線86225次通過(guò)越江站后，紅外線預(yù)報(bào)機(jī)后第36位運(yùn)行右側(cè)第2軸強(qiáng)熱，列車于18:41到川山坪站，列檢檢查后進(jìn)行了甩車處理。調(diào)閱前方5個(gè)探測(cè)站THDS預(yù)報(bào)情況，預(yù)報(bào)溫升從64°至71°逐漸攀升。

(2) 2015年3月14日16：49分，X2601次通過(guò)襄陽(yáng)北四場(chǎng)漢丹下行紅外探測(cè)站， THDS預(yù)報(bào)機(jī)后41位車輛運(yùn)行方向右4位軸溫最大值(軸溫70℃、環(huán)溫18℃、溫升52℃)。列檢作業(yè)人員檢查后進(jìn)行甩車處理,同時(shí)調(diào)閱前方4個(gè)探測(cè)站THDS預(yù)報(bào)情況,預(yù)報(bào)溫升從67°至70°不斷攀升。

兩起熱軸事件發(fā)生后，對(duì)發(fā)生原因進(jìn)行了分析，分解后發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)部并無(wú)明顯缺陷，但熱軸軸承表面靠近輪對(duì)一側(cè)均有比較明顯的環(huán)形亮痕(見(jiàn)圖1、圖2)，與正常運(yùn)行的軸承外圈有明顯區(qū)別(見(jiàn)圖3)。

圖1 墊軸軸承外圈

據(jù)此情況，我們對(duì)與熱軸軸承配合組裝的承載鞍部分尺寸進(jìn)行了測(cè)量，具體數(shù)據(jù)如下：

從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，關(guān)鍵的鞍面磨耗及頂面偏磨數(shù)據(jù)都在(鐵運(yùn)[2012]202號(hào))《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，但進(jìn)一步觀察數(shù)據(jù)可以看到，兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)帶的磨耗均小于外鞍面環(huán)帶的磨耗，即內(nèi)鞍面環(huán)帶的磨耗剩余高度高于外鞍面環(huán)帶，因此，初步分析該情況為造成熱軸的一個(gè)因素，下面將進(jìn)一步就該情況與軸承熱軸的原因進(jìn)行細(xì)致分析。

圖3 正常軸承外圈

測(cè)量樣本承載內(nèi)鞍面環(huán)帶磨耗/mm承載鞍外鞍面環(huán)帶磨耗/mm頂面偏磨/mm案例1承載鞍0.10.31.0案例2承載鞍0.10.40.8

3 原因分析

3.1 問(wèn)題的主要表象

當(dāng)承載鞍與軸承配合不當(dāng)時(shí)，主要表現(xiàn)在軸承外圈表面出現(xiàn)不均勻的摩擦痕跡，或者不正常的壓痕、磨損痕跡(如圖4)

圖4 軸承外圈痕跡

目前我國(guó)鐵路貨車試用的滾動(dòng)軸承多為雙列圓錐滾子軸承(如圖5),該類軸承承載力大、極限轉(zhuǎn)速低，存在一定的軸向游隙，并且在軸承內(nèi)部通過(guò)注入適量油脂形成油膜保障軸承的正常工作。在運(yùn)行過(guò)程中，理論上車輛載荷將通過(guò)承載鞍均勻分布給兩列滾子。但當(dāng)承載鞍與軸承配合不當(dāng)(出現(xiàn)如圖4的現(xiàn)象，即外圈表面出現(xiàn)不正常磨耗現(xiàn)象,劃痕、磕碰、壓痕等),由于軸承外圈各部受力不均,使得局部應(yīng)力過(guò)大,造成軸承內(nèi)部組件承載不均,破壞內(nèi)部的油膜,使得軸承內(nèi)部滾子干磨或滑動(dòng),油脂無(wú)法將過(guò)載磨耗產(chǎn)生的大量熱量帶走,從而使得軸承內(nèi)部溫度急劇上升,進(jìn)而產(chǎn)生熱軸。

圖5 軸承剖面圖

3.2 產(chǎn)生熱軸的原因分析

理論上，車輛載荷應(yīng)該通過(guò)承載鞍均勻分配，由于車輛運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)榛蝿?dòng)等原因造成的軸承外圈和承載鞍鞍面相對(duì)位移造成的磨耗應(yīng)該是均勻的(如圖6)。

圖6 軸頸受力圖

而實(shí)際上，由于車軸軸頸受力將產(chǎn)生向下變形的趨勢(shì)(如圖7)，即車軸軸頸在受力時(shí)，實(shí)際有從A線變?yōu)锽線的趨勢(shì)，實(shí)際受力并不是理論上的均勻分布，而是越靠近軸端受力越大，借助有限元分析也可以清楚的看到該情況(如圖8)。

圖7 車軸軸頸受力分析

圖8 有限元分析圖

即實(shí)際承載鞍鞍面磨耗應(yīng)為靠近軸端一側(cè)磨耗大于靠近車輪一側(cè)磨耗。如圖9所示，以A端為軸端面示意，則鞍面環(huán)帶a磨耗應(yīng)大于鞍面環(huán)帶b。反之，若鞍面環(huán)帶b磨耗大于鞍面環(huán)帶a的磨耗，則在組裝后，由于承載鞍兩鞍面高度與軸承受力趨勢(shì)相反，內(nèi)側(cè)鞍面環(huán)帶傳遞力將大于外側(cè)，易造成內(nèi)側(cè)滾子受力遠(yuǎn)大于外側(cè)滾子從而使得內(nèi)側(cè)滾子在外力壓迫下破壞油膜形成熱軸故障。

圖9 承載鞍鞍面

4 日常檢修過(guò)程中存在的不足

4.1 承載鞍檢測(cè)方法存在的不足

以轉(zhuǎn)K2型承載鞍檢測(cè)為例，目前根據(jù)(鐵運(yùn)[2012]202號(hào))《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定的承載鞍檢測(cè)項(xiàng)目主要有以下幾項(xiàng):承載鞍頂面偏磨量、承載鞍導(dǎo)框擋邊內(nèi)側(cè)面磨耗量，承載鞍導(dǎo)框磨耗量、承載鞍鞍面徑向(半徑)磨耗量以及承載鞍推理?yè)跫缒ズ牧?。根?jù)上文分析，目前車輛段修時(shí)，對(duì)承載鞍各部位磨耗量檢測(cè)時(shí)，還存在以下不足之處：

(1) 承載鞍鞍面徑向(半徑)磨耗量檢測(cè)

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中對(duì)該處的測(cè)量，各車輛段采用的大多為人工使用樣板檢測(cè)，檢測(cè)方法如圖10所示，使用承載鞍綜合檢測(cè)量規(guī)尺寸R115檢查承載鞍鞍面，弧面與鞍面如有間隙，用0.5 mm針規(guī)能插入者為過(guò)限：

圖10 承載鞍鞍面徑向磨耗量檢測(cè)示意圖

這種測(cè)量方法的不足之處在于：該方法是對(duì)承載鞍的兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)的磨耗程度進(jìn)行分別測(cè)量，當(dāng)兩處磨耗均未超過(guò)0.5mm時(shí)，即判定該承載鞍內(nèi)鞍面符合要求，對(duì)兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)的剩余厚度差無(wú)法進(jìn)行衡量。而根據(jù)上文分析，若兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)的磨耗不均衡時(shí)，特別是當(dāng)內(nèi)側(cè)鞍面環(huán)的磨耗剩余厚度大于外側(cè)鞍面環(huán)時(shí)，可能引起軸承熱軸故障；

(2) 承載鞍頂面磨耗及偏磨量檢測(cè)

檢測(cè)方法如圖11所示：將承載鞍置于偏磨檢測(cè)儀上，調(diào)整定位板螺栓卡緊承載鞍，通過(guò)移動(dòng)滑座，讀取百分表在承載鞍頂面的最大值和最小值，則最大值為頂面磨耗深度，差值為偏磨量。

這種測(cè)量方法的不足之處在于：若承載鞍內(nèi)鞍面兩環(huán)帶存在高度差，則承載鞍在測(cè)量?jī)x上的基準(zhǔn)定位就存在偏差，這種偏差，造成承載鞍頂面在測(cè)量?jī)x上并不是一個(gè)與滑座平行的平面，使得頂面測(cè)量數(shù)值存在較大偏差。

4.2 承載鞍檢測(cè)不到位產(chǎn)生的影響

(1) 對(duì)承載鞍鞍面內(nèi)徑的測(cè)量，由于忽視了兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)帶的磨耗量不均勻的問(wèn)題，將造成大量存在承載鞍內(nèi)鞍面高度差的承載鞍裝車使用，給運(yùn)行車輛帶來(lái)熱軸隱患；

(2) 由于頂面磨耗及偏磨量測(cè)量數(shù)值的不準(zhǔn)確，易使得承載鞍與側(cè)架導(dǎo)框乃至軸承的配合存在偏壓，即承載鞍組裝后，由于偏磨量較大的存在，通過(guò)側(cè)架導(dǎo)框傳導(dǎo)的力傳至軸承時(shí)是不均衡的，易破壞軸承內(nèi)部油膜，造成熱軸。

5 改進(jìn)方法及建議

(1) 根據(jù)TB/T 3267-2011《鐵道貨車承載鞍》的標(biāo)準(zhǔn)，承載鞍兩環(huán)帶的直徑差應(yīng)≤0.075 mm，因此在段修作業(yè)時(shí)，對(duì)承載鞍內(nèi)鞍面徑向磨耗進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)使用不同規(guī)格的針規(guī)進(jìn)行穿透檢查，建議配置從0.1 mm至0.5 mm共計(jì)5種規(guī)格的針規(guī)，對(duì)兩個(gè)承載鞍內(nèi)鞍面環(huán)帶的磨耗量分別檢測(cè)后進(jìn)行計(jì)算，在保證鞍面徑向磨耗不過(guò)限的情況，若承載鞍內(nèi)側(cè)環(huán)帶磨耗小于外側(cè)磨耗量，即內(nèi)側(cè)磨耗剩余度高于外側(cè)磨耗剩余厚度在0.1 mm及以上，也建議將此承載鞍做報(bào)廢處理，不再使用；

(2) 若使用承載鞍偏磨檢測(cè)儀承載鞍進(jìn)行頂面磨耗及偏磨檢測(cè)時(shí)，應(yīng)充分考慮承載鞍鞍面兩環(huán)帶的磨耗差值問(wèn)題，一是內(nèi)側(cè)環(huán)帶磨耗小于外側(cè)磨耗的不應(yīng)再進(jìn)行檢測(cè)而應(yīng)做報(bào)廢處理；二是對(duì)于兩環(huán)帶磨耗差符合要求的承載鞍，在進(jìn)行頂面磨耗測(cè)量時(shí)，應(yīng)充分考慮到鞍面磨耗數(shù)值，以還原頂面磨耗及偏磨的真實(shí)數(shù)值，保證配件符合裝車使用的要求。但當(dāng)兩鞍面環(huán)帶磨耗差過(guò)大時(shí)，由于基準(zhǔn)面失衡過(guò)多，給最終的頂面磨耗及偏磨數(shù)值的計(jì)算帶來(lái)一定難度，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中難以掌握，因此此種測(cè)量方式需得到進(jìn)一步改進(jìn)。

(3) 由于上述測(cè)量方式存在的較多弊端，綜合考慮人工測(cè)量誤差及工量器具的誤差，建議開(kāi)發(fā)研制使用激光或紅外線自動(dòng)測(cè)量?jī)x器對(duì)承載鞍的頂面和鞍面徑向進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，減少測(cè)量誤差，加強(qiáng)裝車配件的質(zhì)量控制，進(jìn)一步消除承載鞍因素對(duì)軸承熱軸帶來(lái)的影響。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路貨車段修規(guī)程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2012.

[2] 黃毅，陳雷.鐵路貨車檢修技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2012.

[3] TB/T 3267-2011 鐵道貨車承載鞍[S].

Discuss of the Relationship Between the Adapters and The Bearing Saddle Fever

XIAOBin1,2

(1 Technology Research College, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China;2 Zhuzhou Vehicle Depot, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Zhuzhou 412000 Hunan, China)

With the gradually increased speed of railway wagons, freight train hotbox trouble began to increase, to become one of the major fault that do harm to transport safety. Through discussing the saddle bearing wear and existing shortage in the assembly process, of which the impact on heat axis is analyzed. Several key points and recommendations in the detection and assembly process of adapters are proposed to prevent heat generated bearing shaft.

adapter; bearing fever; wear analysis

1008-7842 (2015) 06-0095-04

男，工程師(

2015-07-02)

U279.3+4

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.24