鐵道車輛用軸承的現(xiàn)狀及開發(fā)

劉安康

摘 要：近年來，很多研究總結(jié)了軸承自主修理的經(jīng)驗，優(yōu)化了流程，改進(jìn)了維修工具和設(shè)備，并攻克了與軸承主要相關(guān)的項目。本文總結(jié)了鐵路車輛軸承的現(xiàn)狀研究和工藝流程，特別是在鐵路系統(tǒng)中，對維護(hù)關(guān)鍵軸承和軸承自主檢修具有實際意義。

關(guān)鍵詞：軸承;鐵路車輛;自主檢修

中圖分類號：U270.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 課題提出的背景及意義

軸承分為兩類：滾動軸承和滑動軸承。當(dāng)前，在以

120 km/h的速度行駛的軌運(yùn)的軸箱中使用了兩個圓柱滾子軸承。近年來，提出了時速超過160 km的軌道車輛軸箱軸承的研究開發(fā)，以及提高乘用車的速度的設(shè)計要求。但是，目前的研發(fā)狀況阻礙了鐵路車輛軸承產(chǎn)品市場的推出以及鐵路提速的發(fā)展計劃的實施，軸承疲勞的機(jī)理和與速度相關(guān)的軸承疲勞的產(chǎn)品技術(shù)常常涉及著原有時速，尚未被發(fā)現(xiàn)具體解決思路。因此，有必要使用研究其具體解決方法，以便滿足鐵路車輛的加速度要求，并為發(fā)展高運(yùn)行速度的乘用車軸軸承技術(shù)創(chuàng)造條件。

2 軸承設(shè)計和特點

SKF關(guān)節(jié)軸承和桿端關(guān)節(jié)軸承是需要降低總體設(shè)計成本的應(yīng)用的絕佳選擇。這些最先進(jìn)的產(chǎn)品具有各種設(shè)計和尺寸，可以滿足特定程序的需求。SKF可提供以下功能：經(jīng)久耐用;最低維護(hù);高運(yùn)行可靠性。

經(jīng)濟(jì)因素和獨(dú)特的設(shè)計特征并不意味著SKF球桿軸承和桿端是所有軸承應(yīng)用的理想解決方案。即使在最困難的操作條件下，其設(shè)計、材料和工藝也可以提供長使用壽命和高可靠性。

3 鐵道車輛用軸承檢測的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）機(jī)車方面（鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)）。隨著鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩嗉铀?，確保安全運(yùn)輸?shù)妮S承檢查日益成為軸承檢查和維護(hù)的一部分。2000年3月，在上海機(jī)車場內(nèi)建立了一個軸承檢驗單位，開始對軸箱軸承和牽引電機(jī)軸承的動態(tài)和靜態(tài)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行整合，國內(nèi)超過10%的軌道車輛軸承質(zhì)量較差，有關(guān)部門已經(jīng)建立了汽車軸承監(jiān)控生產(chǎn)線。

（2）動車方面（鐵路車輛系統(tǒng)）。中國中車青島四方機(jī)車車輛廠與NTN軸承公司進(jìn)行了多次技術(shù)交流，結(jié)合中國鐵道車輛的實際情況，最終開發(fā)了獨(dú)立的軸承維修技術(shù)以適應(yīng)中國高速鐵路的特點。例如，自2015年以來，上海動車組已接管了CRH2汽車維修第四階段的工作。其中，EMF的主要負(fù)載部分和影響EMF安全運(yùn)行的非常重要的部分，作為四步維修和維護(hù)過程的獨(dú)立部分，對軸承進(jìn)行了良好的維修[1]。根據(jù)EMU技術(shù)規(guī)程，株洲電氣有限公司必須每60萬公里將牽引電動機(jī)送回工廠進(jìn)行檢測，先進(jìn)的軸承技術(shù)和絕緣測試技術(shù)可確保動車組牽引電機(jī)的維護(hù)質(zhì)量。

4 軸承檢測工藝流程

（1）不分解檢測。根據(jù)文件《鐵宗運(yùn)[2015]339號》，對降解試驗的要求[2]：1）密封的車載軸承（用于新產(chǎn)品的外部檢查或后橋軸承）僅需進(jìn)行外觀檢查，并且必須在合格后進(jìn)行存儲或裝載;2）已按照維修時間表拆除的密封整體軸承，應(yīng)根據(jù)相關(guān)文件確定，并遵守外部和密封條件，以確定是否繼續(xù)使用或?qū)⑵浒l(fā)送給進(jìn)行測試的專業(yè)公司。

（2）半分解檢測。半拆卸測試是在拆卸外軸承套圈和拆卸內(nèi)軸承之后不拆卸滾子和保持架的軸承測試。目前，牽引電動機(jī)軸承已通過這種方式進(jìn)行了測試。優(yōu)點：操作簡便，效率高，誤差低，滿足動態(tài)軸承尺寸檢測和牽引電機(jī)軸承動態(tài)檢測的要求。缺點：存在盲點，因此無法通過車道和保持架內(nèi)窗的檢查，只能通過動態(tài)檢測參數(shù)進(jìn)行間接評估。1）檢查軸箱軸承拆卸不完全的過程：軸承公差，插入軸承的數(shù)量、除銹和拆卸外圈、除油、缺陷檢測、除磁、磁粉清洗，在相同溫度下檢查零件、外觀、精細(xì)洗滌、防腐、潤滑脂、密封涂層、排水。2）檢查牽引電機(jī)軸承的半拆卸過程：軸承公差、軸承數(shù)量、是否退化，在相同溫度下存儲、外觀檢查、靜態(tài)尺寸檢查、動態(tài)控制、防銹包裝和存儲。

（3）全分解檢測。完整的拆卸測試意味著將外圈、內(nèi)圈、保持架和軸承滾子拆卸成更小的零件。換句話說，外軸軸承測試方法是一種全面的維修測試。優(yōu)點：可以對最小的軸承組件進(jìn)行全面檢查，消除所有盲點，并保證軸承質(zhì)量。缺點：拆卸過程增加，并且由于工作失誤，人為損壞支撐部件。1）軸承的完整維護(hù)：軸承入場、進(jìn)口軸承數(shù)量、除銹、降級清潔、缺陷檢測、磁粉清潔，相同溫度下的存放、外觀檢查、尺寸檢查、球壓實檢查、精細(xì)清潔、防銹、油脂、壓力涂層。2）全牽引發(fā)動機(jī)的服務(wù)流程：軸承批準(zhǔn)、軸承進(jìn)口編號、組件拆卸、缺陷檢查，在相同溫度下存放、外觀檢查、靜態(tài)尺寸檢查、動態(tài)檢查、防銹包裝。

應(yīng)當(dāng)注意的是，對機(jī)車主支架的結(jié)構(gòu)特征、慣性損傷、技術(shù)要求和工藝過程的分析使得機(jī)車的軸承主支架能夠全面檢修。

5 鐵道車輛用軸承的開發(fā)策略分析

（1）加大對軸承的運(yùn)行狀態(tài)追蹤。軸承質(zhì)量直接由軸承的工作狀態(tài)指示。跟蹤每種軸承狀況的數(shù)據(jù)可以顯著提高軸承維護(hù)的質(zhì)量。1）拆卸軸承后，確定每個零件的尺寸，裝配后指定數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的技術(shù)計劃安排軸承的靜態(tài)尺寸，并研究通用數(shù)據(jù)規(guī)則以方便估計尺寸異常的軸承。2）將軸承牽引電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)組裝后，獲得軸承輸入數(shù)據(jù)，并計算振動值和軸承溫度升高。對于具有異常數(shù)據(jù)的軸承，必須將它們與靜態(tài)度量結(jié)合以找到相關(guān)性。

（2）及時更新軸承監(jiān)控技術(shù)。通過研究軸承自測，分析過程文檔中的問題以及及時優(yōu)化和改進(jìn)工作說明，將能夠更好地管理軸承測驗。1）定期總結(jié)技術(shù)人員的意見。在檢查過程中，操作員將分析設(shè)備的操作，檢查過程，過程性能和其他問題，并與采取適當(dāng)措施的專業(yè)工程師總結(jié)這些問題。2）應(yīng)考慮過程內(nèi)容的便利性。軸承檢查應(yīng)按照技術(shù)文件的內(nèi)容進(jìn)行，結(jié)合操作結(jié)果了解哪里很難簡化或者實施的操作復(fù)雜，與質(zhì)量相關(guān)的過程需要調(diào)整或修改，排除影響質(zhì)量的風(fēng)險因素。3）繼續(xù)檢查優(yōu)化過程。過程控制應(yīng)具有漸進(jìn)和連續(xù)的驗證過程，并且有關(guān)組驗證結(jié)果的可靠反饋信息應(yīng)支持軸承監(jiān)控技術(shù)優(yōu)化過程的可靠性。

（3）有必要加強(qiáng)對軸承設(shè)備的適應(yīng)。由于要維修的軸承的類型，設(shè)計，尺寸和制造商各不相同，因此機(jī)車主軸承的維修會帶來技術(shù)難題[3]。1）軸承油封很難拆除。軸承結(jié)構(gòu)不同，例如，如果想將軸承密封蓋自動快速拆卸，這是無法通過一系列可折疊模具完成的，軸承類型越多，自動拆卸就越困難，無法快速安全地取下軸承密封蓋會降低維修效率。2）軸承難以清洗。軸承維護(hù)期間，必須清潔軸承的三個區(qū)域。第一次粗略清洗，發(fā)現(xiàn)缺陷后進(jìn)行第二次清洗，組裝后進(jìn)行精細(xì)清洗。如果軸承的設(shè)計不同，清潔噴霧角度也不同，則清潔軸承時會有很多死區(qū)，清潔軸承時無法獲得最佳的清潔效果，因此無法徹底清潔軸承，嚴(yán)重影響其他工藝和軸承維護(hù)質(zhì)量。3）很難在軸承中注油。不同品牌和軸承型號具有不同品牌和重量的潤滑脂。請勿混合油脂，因此無法使用同一注油設(shè)備潤滑不同的軸承，并且使用手動油脂槍既費(fèi)時又費(fèi)力。

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