廣州地鐵B型軸箱軸承檢修周期延長分析

黃沛霖，趙偉龍

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 511400）

0 引言

目前鐵路采用的軸承結(jié)構(gòu)形式主要有3種：圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和調(diào)心滾子軸承[1]。為適應(yīng)車輛高速化、大批量運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨向，各國鐵路部門和軸承生產(chǎn)廠家均進(jìn)行了大量的研究和試驗，軸承品種也發(fā)生了變遷[2-3]。

廣州地鐵三號線及三北線配車71列，為時速120 km/h的B型車。由于三號線及三北線線路長、列車運(yùn)營速度快，根據(jù)目前列車運(yùn)營狀態(tài)，月均運(yùn)營里程達(dá)到1.5萬km，每隔3.5年左右需要開展一次架大修，造成了維修密度大、生產(chǎn)組織不靈活、并行扣車列數(shù)多、部分與里程不相關(guān)部件的過修等問題。這些問題在即將開通的14、21號線上將體現(xiàn)得更加明顯，十分有必要開展列車維修間隔延長的研究[4-5]。

軸箱軸承為走行部關(guān)鍵的傳動部件，其免維護(hù)周期是限制列車維修間隔的關(guān)鍵[6-7]。廣州地鐵目前120 km/h的B型車所用軸承全部為SKF的BT2-8670-01型號整體自密封雙列圓錐滾子軸承[8]。當(dāng)前的軸承免維修周期60萬～80萬km，與列車目前架大修周期一致，限制了列車維修里程間隔。為此，本文對該項軸承的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，確定了軸箱軸承免維護(hù)周期延長研究方案。

1 BT2-8670-01型SKF軸箱軸承跟蹤狀態(tài)

為調(diào)查研究延長B型地鐵軸箱軸承BT2-8670-01檢修周期的可行性，制定了關(guān)于BT2-8670-01軸承檢修周期延長檢查計劃。

（1）在軸承運(yùn)行距離達(dá)到60萬km、80萬km、100萬km、110萬km和120萬km時，分別拆卸4716套軸承送SKF進(jìn)行檢查和返修。

（2）基于每一階段軸承的檢查結(jié)果和油脂分析結(jié)果，決定下一階段的軸承樣品檢查計劃是否繼續(xù)。

（3）針對B1B2型車部分齒輪箱運(yùn)用里程已經(jīng)超出160萬km，且之前已發(fā)生過齒輪箱軸承失效的情況，對運(yùn)用里程超出120萬km的齒輪箱進(jìn)行一次大規(guī)模的抽檢。

BT2-8670-01軸承的相關(guān)應(yīng)用信息如表1所示。

表1 BT2-8670-01軸承相關(guān)應(yīng)用信息表

本文在送修軸承檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了軸箱軸承壽命延長分析模型，以軸承送修結(jié)果為基準(zhǔn)，構(gòu)建軸承壽命延長模型，實(shí)現(xiàn)軸承利用率的提高。軸承壽命延長分析的流程如圖1所示。

圖1 軸承壽命延長模型

圖2 送修軸承合格情況

2 軸承壽命延長分析模型

2.1 送修軸承合格情況

4716套軸承經(jīng)過SKF南口檢修中心檢查，共有244套軸承報廢，其他軸承共合格4 472套，合格率為95.46%，送修結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖3 送修軸承合格占比情況

其中兩次送修軸承數(shù)量4 236套，第一次送檢的綜合報廢率約為4.39%；第二次送檢的綜合報廢率約為6.11%。第一次送檢時70萬km以下的報廢率偏高，主要原因為在B2、B4型車50萬～80萬km首次進(jìn)行走行部專項修時，較多軸承因為軸箱密封不足，導(dǎo)致軸承銹蝕報廢。

因軸承在第二次送檢時，已經(jīng)在首次維修過程中報廢了部分軸承，所以6.11%僅代表第二次維修報廢率，軸承在運(yùn)用至第二次送檢時的綜合報廢率計算方式如下所述。

設(shè)第二次送檢合格的1 162套軸承在首次維修時報廢數(shù)量為X，則：

經(jīng)計算得X=54。所以，經(jīng)過兩次送檢軸承的綜合報廢率為：

各種報廢原因在不同里程下的報廢率走勢相近。其中尺寸超標(biāo)、銹蝕主要是受生產(chǎn)質(zhì)量控制、拆裝和密封條件不良影響造成，與軸承使用時間長短無直接聯(lián)系。而其他報廢原因比率并未隨里程的增長而出現(xiàn)明顯的變化。

軸承送修情況與km數(shù)匹配對比，軸承送修大多數(shù)分布在50萬～150萬km的區(qū)間段，這是送修計劃引起的。如圖4所示，軸承報廢數(shù)量整體呈穩(wěn)定的狀態(tài)，不隨里程數(shù)的變化而變化。

軸承總體報廢率有持續(xù)上漲的趨勢，但在110萬～120萬km運(yùn)營里程區(qū)間，出現(xiàn)報廢率低谷，如圖5所示。120萬km以上的軸承，報廢率上漲速度較快。由軸承送修結(jié)果可見，軸承壽命設(shè)定為120萬km比較合適。

圖4 送修軸承運(yùn)營里程分布

圖5 運(yùn)營里程與報廢率關(guān)系

2.2 軸承油脂分析

從4 716套軸承中抽取12套運(yùn)行120萬km的軸承進(jìn)行油脂總重測量。每套軸承油脂取樣位置為：外側(cè)密封區(qū)域；滾子組件與中隔圈區(qū)域；內(nèi)測密封區(qū)域。油脂量質(zhì)量如表2所示。每個油脂樣品都清楚標(biāo)記對應(yīng)軸承的序列號和取樣位置。油脂質(zhì)量要求為：180±20 g。如圖6所示，對軸承內(nèi)部油脂質(zhì)量進(jìn)行稱重，抽取的12套軸承運(yùn)行后剩余油脂量都在新軸承初始注油脂質(zhì)量范圍內(nèi)。

表2 軸承油脂質(zhì)量表

圖6 軸承油脂重量

圖7 油脂分析情況

EN 12082標(biāo)準(zhǔn)要求：稠度范圍為200～380、鐵含量小于0.5%。油脂分析結(jié)果如圖7所示。

（1）軸承內(nèi)側(cè)區(qū)域油脂均滿足EN 12082標(biāo)準(zhǔn)要求。軸承內(nèi)側(cè)區(qū)域油脂的稠度和鐵含量與新鮮油脂相比有所差異。

（2）軸承外側(cè)區(qū)域油脂均滿足EN 12082標(biāo)準(zhǔn)要求。軸承外側(cè)區(qū)域油脂的鐵含量與新鮮油脂相比有所差異。

（3）軸承滾子組件與中隔區(qū)域油脂均滿足EN 12082標(biāo)準(zhǔn)要求。軸承滾子組件與中隔區(qū)域油脂的稠度與新鮮油脂相比有所差異。

2.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)果分析

在線監(jiān)測系統(tǒng)軸承評估樣本為03089090車軸承，該車在55萬km時進(jìn)行了走行部專項修。維修過程中因90C1、90C2軸4套軸承因為軸向間隙偏小進(jìn)行了更換，更換上的軸承為經(jīng)過一次維修的相近里程軸承，其余軸承仍使用原車軸承。同時，結(jié)合走行部專項修，在該車上加裝了走行部在線監(jiān)測系統(tǒng)，以實(shí)時對軸承狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。2017年5月，軸承運(yùn)用里程達(dá)到120萬km，結(jié)合架修換下。

089090車軸承的在線監(jiān)測預(yù)警數(shù)量隨著運(yùn)營里程的增加而隨之上漲。當(dāng)其運(yùn)營里程達(dá)到118.375萬km時，預(yù)警數(shù)量為14件最高值，但仍未出現(xiàn)軸承報警的情況，軸承狀態(tài)合格，如圖8所示。直至2017年4月28日，一個軸承第一次出現(xiàn)一級報警，在5月5日將車扣入大修庫進(jìn)行架修，并更換了軸承，換下軸承送修檢查。預(yù)警及報警的軸承位置如圖9所示。

圖8 089090車軸承在線監(jiān)測預(yù)警數(shù)量

圖9 預(yù)警及報警軸承位置示意圖

3 結(jié)束語

根據(jù)以上軸承檢查結(jié)果分析，結(jié)論如下。

（1） 綜合以上檢查結(jié)果，軸承總的檢查結(jié)果較好，軸承基本能滿足120萬km的檢修周期要求。

（2）根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)果，預(yù)警數(shù)量隨著運(yùn)營里程的增加而隨之上漲，但仍滿足120萬km運(yùn)營要求。

（3）對抽選軸承內(nèi)部油脂質(zhì)量進(jìn)行稱重，抽取的12套軸承運(yùn)行后剩余油脂量都在新軸承初始注油脂質(zhì)量范圍（180±20 g）內(nèi)。

（4）紅外分析顯示軸承運(yùn)行約120萬km后，油脂樣品有輕微添加劑消耗。

（5）所有油脂樣品水含量正常。

（6）油脂樣品的油含量接近新鮮油脂油含量，含油量較高。

（7）油脂樣品稠度相比新鮮油脂參考值有的有變硬的情況，其程度仍在可接受范圍。

（8）所有油脂樣品鐵元素含量較低。軸承使用約120萬km后，軸承內(nèi)部磨損情況較正常。