地鐵車輛軸箱軸承故障分析及預(yù)防

陳青健

摘要：地鐵車輛中軸箱軸承是其中重要的組成部件之一，如果在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)故障，會(huì)引發(fā)軸溫報(bào)警，車輛會(huì)被迫緊急停車，給整條地鐵線路的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)影響，造成經(jīng)濟(jì)損失。嚴(yán)重的故障，如軸承架破裂會(huì)使車輛失去穩(wěn)定性，給地鐵車輛的運(yùn)行安全帶來(lái)不利的影響。因此，為了保證地鐵車輛運(yùn)行過(guò)程中的可靠性與安全性，應(yīng)及時(shí)的排查地鐵車輛軸箱軸承的故障并進(jìn)行分析，找出有效的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;軸箱軸承;故障;預(yù)防

1常見的故障類型

1.1疲勞剝落

引起地鐵車輛軸箱軸承故障的原因包括裝配不當(dāng)、缺乏潤(rùn)滑、水分侵入或異物干擾等，過(guò)度運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致的負(fù)荷超標(biāo)等也是損壞的主要原因。疲勞剝落是較為典型的一種，主要是地鐵車輛軸箱軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體表面，在交變載荷作用下產(chǎn)生裂紋繼而導(dǎo)致表層發(fā)生剝落坑，隨著應(yīng)力的不斷增加，最后導(dǎo)致軸承滾動(dòng)體或內(nèi)外滾道表面剝落，這即是疲勞剝落現(xiàn)象。疲勞剝落是一嚴(yán)重的故障現(xiàn)象，脫落的軸承碎屑會(huì)對(duì)地鐵車輛設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊，造成軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的異響和振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)軸承失效。

1.2燒傷及磨損

軸承燒傷是水泥設(shè)備的常見故障，是軸承的滾動(dòng)體及保持架在旋轉(zhuǎn)中急劇發(fā)熱使保持架軟化損壞，破壞了軸承的表面組織結(jié)構(gòu)，降低了軸承工作表面硬度而導(dǎo)致軸承加劇磨損的一系列現(xiàn)象。由于地鐵車輛軸箱軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)工況較為惡劣，如多粉塵、高溫輻射等，在運(yùn)行過(guò)程中受到粉塵、異物的入侵及高溫輻射等，會(huì)使軸承滾道和滾動(dòng)體間缺少潤(rùn)滑，或是潤(rùn)滑油變質(zhì)導(dǎo)致表面磨損加劇或燒傷。隨著磨損情況的加重，軸承的游隙增大，表面粗糙度明顯擴(kuò)大，使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生明顯的異響和振動(dòng)，導(dǎo)致軸承壽命的降低，如不及時(shí)排查和處理故障，就會(huì)導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷等。

1.3塑性變形

當(dāng)?shù)罔F車輛軸箱軸承受到較大的沖擊載荷，或因受熱不均等導(dǎo)致載荷變大時(shí)，就會(huì)使軸承及轉(zhuǎn)子受到影響，繼而在運(yùn)轉(zhuǎn)中受損，一旦出現(xiàn)壓痕就會(huì)引起沖擊載荷，而引起附近表面的剝落。

2故障原因分析

地鐵車輛上的軸承多用于機(jī)車的連接，且軸承的種類也比較多，主要有牽引電動(dòng)機(jī)軸承、軸箱軸承、傳動(dòng)系統(tǒng)軸承、動(dòng)力系統(tǒng)軸承以及冷卻系統(tǒng)軸承等，但是現(xiàn)階段在地鐵車輛中使用最多的還是軸箱軸承，在運(yùn)用軸箱軸承時(shí)若使用不當(dāng)或沒(méi)有做好檢修工作，會(huì)產(chǎn)生一些故障，主要的原因有以下幾個(gè)方面。

2.1軸承外圏裂紋故障

首先，導(dǎo)致軸承外圈裂縫故障的主要原因是在軸承運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)受到異常載荷能力，同時(shí)由于在裝配過(guò)程中出現(xiàn)不當(dāng)?shù)那闆r或是沖擊載荷過(guò)大導(dǎo)致軸承質(zhì)量問(wèn)題，也可能是由于軸承材質(zhì)本身的問(wèn)題，最終導(dǎo)致軸箱軸承出現(xiàn)生熱故障，由于外圈損傷的種類性比較復(fù)雜，不可控性相對(duì)較大。因此，地鐵車輛檢測(cè)人員在進(jìn)行車輛檢測(cè)時(shí)應(yīng)先檢測(cè)軸承外圈是否有黑油滲出，檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行系統(tǒng)排查。

2.2軸承密封罩松動(dòng)增多為基本原因

在進(jìn)行軸承密封罩檢修時(shí)應(yīng)及時(shí)的更換新品，導(dǎo)致密封罩松動(dòng)的主要原因是在對(duì)密封罩進(jìn)行整形后沒(méi)有進(jìn)行復(fù)原，軸承外圈的牙口過(guò)大無(wú)法與密封罩進(jìn)行配合，導(dǎo)致松動(dòng)情況。密封圈與密封座會(huì)在車輛提速后增加摩擦，密封罩會(huì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致松動(dòng)現(xiàn)象。列檢時(shí)，規(guī)定要求只處理密封罩脫出。最后致使密封罩松動(dòng)的加劇，而未對(duì)其進(jìn)行處理。

2.3保持架破碎增多為常見問(wèn)題

由于保持架本身的強(qiáng)度不是很高且加工制造水平也偏低，致使制造缺陷存在于保持架中。由于強(qiáng)度不夠，保持架不能適應(yīng)車輛提速重載的需要。保持架受力被輪對(duì)踏面質(zhì)量所制約，從而保持架受力程度折扣大增。由此可見，對(duì)軸承保持架產(chǎn)生危害的是踏面故障。對(duì)保持架的危害會(huì)隨著車輛提速而逐漸增大。原因在于沖擊力決定于車輛行駛速度，車輛行駛速度提高，沖擊頻率也隨之提高。對(duì)軸承產(chǎn)生的危害也越來(lái)越大。最后導(dǎo)致保持架破碎的原因是受壓力太大，密封罩密封性減小以及外部松動(dòng)，列車運(yùn)行中油脂被大量甩出，潤(rùn)滑效果逐漸喪失。

3預(yù)防措施

3.1軸承故障變化規(guī)律

眾所周知，所有設(shè)備機(jī)械部件發(fā)生故障都是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程。軸承故障也是一樣，一般情況下要經(jīng)過(guò)振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱、失效這4個(gè)狀態(tài)。如圖1所示，當(dāng)軸承發(fā)生故障，首先表現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，內(nèi)部沖擊變大，并逐漸出現(xiàn)異常噪聲及異常磨損;機(jī)械部件異常磨損又會(huì)導(dǎo)致軸承溫度上升，軸承發(fā)熱，內(nèi)部潤(rùn)滑油由于溫度上升出現(xiàn)潤(rùn)滑性能下降，反過(guò)來(lái)影響潤(rùn)滑質(zhì)量，導(dǎo)致異常磨耗加劇，如此惡性循環(huán)直至失效。將上述軸承變化規(guī)律與之前故障軸承尺寸檢驗(yàn)結(jié)果綜合分析可知，被調(diào)查的故障軸承已經(jīng)出現(xiàn)了異常振動(dòng)和輕度噪聲，而軸承內(nèi)外圈和滾子圓度出現(xiàn)輕微失圓（未超標(biāo)），溫升也未出現(xiàn)過(guò)高現(xiàn)象，則說(shuō)明故障軸承正處于圖1所示噪聲至異常發(fā)熱的階段，并即將進(jìn)入第3、4階段，軸承可靠狀態(tài)將在短短數(shù)周內(nèi)急劇下降，安全風(fēng)險(xiǎn)急劇增大，最終失效發(fā)生燃軸現(xiàn)象。因此，可判定本次軸承故障發(fā)現(xiàn)得較為及時(shí)，在故障發(fā)生的中前期進(jìn)行了處理，有效地避免了安全隱患。

3.2應(yīng)對(duì)措施

3.2.1軸箱軸承裝車之前

需重點(diǎn)對(duì)軸箱軸承質(zhì)量、組裝工藝過(guò)程、組裝設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量把控以及操作人員資質(zhì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行核實(shí)，確保整個(gè)過(guò)程符合規(guī)定要求，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2.2軸箱軸承裝車之后

（1）定期動(dòng)態(tài)巡查線路。通過(guò)人體切身感受車輛是否存在異常振動(dòng)和異響。（2）車輪踏面數(shù)據(jù)精準(zhǔn)測(cè)量和外觀檢查。由于車輪踏面徑向跳動(dòng)和局部凹陷會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象，因此要重視車輪踏面徑向跳動(dòng)和局部凹陷，發(fā)現(xiàn)異響時(shí)，首先通過(guò)不落輪旋床測(cè)量輪對(duì)尺寸，超差者應(yīng)對(duì)輪對(duì)進(jìn)行旋修。（3）實(shí)行庫(kù)內(nèi)接車聽音。安排相關(guān)人員在庫(kù)內(nèi)接送車時(shí)采用聽音方式對(duì)疑似軸承故障跟蹤確認(rèn)，出現(xiàn)滾子碰撞的金屬聲的需要重點(diǎn)盯控。（4）回庫(kù)停車觀察溫度。對(duì)所有車輛軸箱采取點(diǎn)溫或觀察試紙溫度并記錄，通過(guò)對(duì)軸箱溫度差異進(jìn)行分析，做好故障排查，對(duì)出現(xiàn)軸箱溫差超過(guò)限值的車輛進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤。（5）庫(kù)內(nèi)開蓋檢查。通過(guò)完成相關(guān)驟后，對(duì)出現(xiàn)疑似問(wèn)題的軸承，采取打開軸箱端蓋，檢查油脂泄漏量和硬化程度。（6）更換故障軸承。如最終確認(rèn)為軸承存在損壞問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)對(duì)故障軸承退卸、拆解并更換新件，全面保障正線運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。與此同時(shí)，要求廠家調(diào)查原因。此外，還可利用專業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行軸箱軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如離線監(jiān)測(cè)設(shè)備：動(dòng)平衡儀、測(cè)振儀、測(cè)溫儀和噪聲測(cè)量?jī)x等。在車輛運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行定期（或連續(xù)）的監(jiān)測(cè)和故障診斷，判定軸承目前的狀態(tài)及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。基于此制定維修計(jì)劃，確定其應(yīng)修理的時(shí)間、內(nèi)容、方式。

4結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，地鐵在城市中起到了重要的作用，為城市交通建設(shè)提供了有力的保障，但是，車輛會(huì)給軸箱軸承故障給地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不利的影響，嚴(yán)重的話還會(huì)給人員帶來(lái)安全威脅，因此相關(guān)的檢測(cè)人員應(yīng)提高警惕并利用科學(xué)的方法，降低軸箱軸承的故障發(fā)生率，確保地鐵車輛運(yùn)行安全。在進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，應(yīng)充分的分析故障原因，并對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)的處理，確保地鐵車輛運(yùn)行的可靠性與安全性。

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（作者單位：天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司）