動(dòng)車(chē)組油泵軸承異音的分析與研究

張偉 張顯文 修方淵 李正元

摘要：對(duì)某新型平臺(tái)動(dòng)車(chē)組牽引變壓器油泵軸承異音進(jìn)行了原因分析，最終通過(guò)對(duì)故障軸承的能譜分析，確定故障原因，并提出了新的組裝工藝及油泵封閉裝配室降塵量監(jiān)測(cè)優(yōu)化方案。

Abstract： The abnormal noise of the oil pump bearing of the traction transformer of a new platform EMU was analyzed. Finally， the energy spectrum analysis of the faulty bearing was used to determine the cause of the failure， and a new assembly process and an optimization plan for monitoring the dust reduction in the closed assembly room of the oil pump were proposed.

關(guān)鍵詞：軸承;異音;疲勞剝落;工藝優(yōu)化

Key words： bearing;abnormal sound;fatigue spalling;process optimization

中圖分類(lèi)號(hào)：TH133.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0139-03

0 ?引言

動(dòng)車(chē)組用牽引變壓器中設(shè)置油泵，通過(guò)油泵循環(huán)牽引變壓器內(nèi)部的油脂，進(jìn)而對(duì)牽引變壓器進(jìn)行冷卻，油泵是軸流泵結(jié)構(gòu)[1]。

在列車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，若發(fā)生油泵異音故障，手泵停止運(yùn)行，牽引變壓器的油溫很急劇上升，最終導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組丟失一半的牽引動(dòng)力，嚴(yán)重影響列車(chē)的運(yùn)營(yíng)秩序，因此為分析研究油泵異音故障原因，消除油泵異音隱患，提升產(chǎn)品源頭質(zhì)量控制和后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，本文研究?jī)?nèi)容顯得尤為必要和迫切。

1 ?異音原因分析

1.1 宏觀外貌檢查

軸承內(nèi)圈溝道圓周出現(xiàn)不連續(xù)的剝落，外卷溝道有明顯壓痕和運(yùn)轉(zhuǎn)痕跡，鋼球表面有輕微壓痕，保持架完好。宏觀外貌見(jiàn)圖1～圖2。

1.2 尺寸及精度檢測(cè)

對(duì)故障件進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)全部是軸承內(nèi)圈滾道磨損剝落，并且都是在同側(cè)（受力側(cè)），軸承內(nèi)圈受力方向向油泵進(jìn)口方向[2]。軸承內(nèi)、外溝道有明顯運(yùn)轉(zhuǎn)痕跡，外圈外徑有明顯微動(dòng)腐蝕痕跡，鋼球有明顯接觸痕跡，保持架完好。依據(jù)GB/T 307.2-2005《滾動(dòng)軸承測(cè)量和檢驗(yàn)的原則方法》對(duì)軸承尺寸進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)其軸承外圈溝形偏差及粗糙度均符合GB/T 307.1-2017《滾動(dòng)軸承向心軸承產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）和公差值》的要求[3]。

1.3 軸承材料及熱處理質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)軸承套圈和鋼球的非金屬夾雜物、淬回火組織、表面硬度、能譜檢查、剝落區(qū)微觀形貌及電腐進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.1 非金屬夾雜物

將軸承套圈和鋼球縱向研磨拋光切割磨制拋光后，放置在顯微鏡下進(jìn)行非金屬夾雜物的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。檢驗(yàn)結(jié)果表明：軸承套圈和鋼球的非金屬夾雜物符合GB/T 18254-2016《高碳鉻軸承鋼》中優(yōu)質(zhì)鋼要求，見(jiàn)表1。

1.3.2 硬度

采用HR-150A洛氏硬度計(jì)測(cè)定軸承套圈及鋼球的表面硬度，載荷為150kg，軸承套圈及鋼球的表面硬度滿足GB/T34891-2017《滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼零部件熱處理技術(shù)條件》中S0的要求。

1.3.3 淬回火組織

將軸承套圈及鋼球縱截面磨制腐蝕后處置在顯微鏡下對(duì)其淬回火組織進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定。檢測(cè)結(jié)果符合GB/T34891-2017《滾動(dòng)軸承高碳鉻軸承鋼零部件熱處理技術(shù)條件》的要求。

1.3.4 能譜檢查

在掃描電鏡下，觀察軸承內(nèi)圈溝道剝落區(qū)形貌時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈溝存在白色塊狀物質(zhì)，對(duì)白色塊狀物質(zhì)進(jìn)行能譜檢查，化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果表明：白色塊狀物質(zhì)的Al、Si、Fe的含量明顯異于軸承基體，應(yīng)為外界異物[1]。

1.3.5 剝落區(qū)微觀形貌

對(duì)軸承溝道剝落區(qū)進(jìn)行掃描電鏡觀察，剝落區(qū)形貌見(jiàn)圖3。軸承內(nèi)圈溝道剝落嚴(yán)重，剝落區(qū)碾平磨光，未發(fā)現(xiàn)剝落源，剝落坑深度約0.08mm;集中在溝道與鋼球接觸帶位置，剝落類(lèi)型為表面起源型剝落，外圈溝道有明顯碾壓痕跡，伴有點(diǎn)狀顯微剝落，鋼球表面有碎屑?jí)汉酆兔黠@運(yùn)轉(zhuǎn)痕跡。

1.3.6 電蝕排查

對(duì)軸承套圈溝道面做電蝕排查，未發(fā)現(xiàn)電蝕痕跡。剝落區(qū)微觀金相見(jiàn)圖4。

1.3.7 結(jié)果分析

通過(guò)軸承宏觀外貌、尺寸、精度、材料及熱處理質(zhì)量等檢測(cè)結(jié)果如下：①通過(guò)軸承宏觀外貌檢查，軸承發(fā)生疲勞剝落，軸承內(nèi)圈溝道剝落嚴(yán)重，出現(xiàn)整圓周顯微剝落。②經(jīng)尺寸、精度檢測(cè)，除部分零件精度因使用運(yùn)轉(zhuǎn)略有增大，其余未見(jiàn)明顯異常。③經(jīng)材料及熱處理質(zhì)量檢測(cè)，軸承材料非金屬夾雜物，零件硬度及金相組織均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。④經(jīng)剝落區(qū)微觀形貌檢查，軸承內(nèi)圈溝道出現(xiàn)整圓周顯微剝落，外圈溝道碾壓痕跡明顯，出現(xiàn)點(diǎn)狀顯微剝落，剝落類(lèi)型為表面起源型疲勞剝落。⑤經(jīng)能譜檢查，內(nèi)卷溝道剝落區(qū)白色塊狀物質(zhì)化學(xué)成分明顯異丁軸承基體，應(yīng)為外界異物。⑥經(jīng)電蝕排查，軸承內(nèi)、外溝道未發(fā)現(xiàn)電蝕痕跡。

2 ?優(yōu)化方案

為了解決油泵異音故障和隱患，結(jié)合上述故障原因分析，確定油泵運(yùn)行異音產(chǎn)生的原因是前軸承失效。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)都是軸承內(nèi)滾道表面磨損剝落，可以確定軸承失效原因是油泵裝配或者后續(xù)測(cè)試時(shí)外界有異物進(jìn)入軸承，導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)表面異常磨損，最終使軸承出現(xiàn)疲勞剝落產(chǎn)生軸承異響[4]。分別從油泵裝配、油泵密封裝配室降塵量測(cè)試、油泵裝配前清洗及泵零件打磨四個(gè)方面優(yōu)化工藝。

2.1 規(guī)范大鋁泵的組裝過(guò)程

2.1.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

根據(jù)裝配油泵數(shù)量領(lǐng)用前軸承、后軸承，每臺(tái)油泵使用前軸承、后軸承各一只。軸承領(lǐng)用時(shí)由操作人員和檢驗(yàn)人員各一名一起至倉(cāng)庫(kù)辦理，操作人員辦理領(lǐng)用手續(xù)及領(lǐng)用軸承，檢驗(yàn)人員監(jiān)督過(guò)程。軸承領(lǐng)用后，放置在塑料盒內(nèi)，放置時(shí)要輕拿輕放。如果出現(xiàn)軸承跌落現(xiàn)象，則該軸承須作報(bào)廢處理，嚴(yán)禁使用。

2.1.2 零部件準(zhǔn)備

①將前殼體、后殼體、轉(zhuǎn)子、葉輪導(dǎo)葉、定子等零部件搬運(yùn)至組裝封閉車(chē)間內(nèi)，放置在待組裝區(qū)域[2]。零部件須在組裝封閉車(chē)間放置時(shí)間滿足規(guī)定要求后才可裝配。

②將輕型直槽彈性圓柱銷(xiāo)安裝到主體上，再將主體放入烘箱加熱，烘箱溫度設(shè)定為目標(biāo)溫度，等溫度達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，保溫時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間后拿出烘箱。主體進(jìn)入烘箱時(shí)，不允許密封面朝下放置，也不允許從外面推入烘箱內(nèi)，防止表面被劃傷、碰傷。應(yīng)該整體搬起、放下，放下后不允許平移來(lái)調(diào)整位置。

2.2 監(jiān)控油泵封閉裝配室降塵量

2.2.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

環(huán)境應(yīng)保持清潔、干燥，測(cè)試最佳環(huán)境溫度，最佳濕度滿足工藝文件要求;天平應(yīng)放置在平衡、固定的工作臺(tái)上;工作臺(tái)應(yīng)遠(yuǎn)離門(mén)窗，減少因開(kāi)窗開(kāi)門(mén)而產(chǎn)生的氣流的影響;工作臺(tái)應(yīng)設(shè)置在受振動(dòng)干擾少的地方;天平應(yīng)放置在避免陽(yáng)光直射和遠(yuǎn)離發(fā)熱器等易引起溫度變化的地方;天平應(yīng)遠(yuǎn)離帶有磁性或能產(chǎn)生磁場(chǎng)的物體及設(shè)備;不得長(zhǎng)時(shí)間在高濕度或高粉塵的環(huán)境中使用天平;不得在具有爆炸性危險(xiǎn)的區(qū)域使用天平。

2.2.2 零部件準(zhǔn)備

①集塵玻璃片放到采樣點(diǎn)前，在三個(gè)不同地方測(cè)量其直徑，取算數(shù)平均值，計(jì)算并記錄其表面積S。

②用酒精清理集塵玻璃片，待酒精揮發(fā)干燥后，用鑷子將集塵玻璃片放到稱盤(pán)上，測(cè)量并記錄集塵玻璃片的重量W1。稱量完成后，將集塵玻璃片放到采樣點(diǎn)。記錄時(shí)間（年、月、日、時(shí)）。輕按天平“關(guān)機(jī)”按鈕，關(guān)閉天平，取下稱盤(pán)、防風(fēng)環(huán)，保管好天平。

③7天后，將天平轉(zhuǎn)移至測(cè)試平臺(tái)，對(duì)天平進(jìn)行安裝、校準(zhǔn)。用鑷子托住集塵玻璃片底部，取下集塵玻璃片，放到稱盤(pán)上，稱取并記錄此時(shí)重量W2和時(shí)間（年、月、日、時(shí)）。集塵玻璃片重新清洗后放回采樣點(diǎn)，記錄時(shí)間（年、月、日、時(shí)）。

④計(jì)算單位面積降塵量M，公式：

M=（W2-W1）×1000×106/（S×7）

式中：M ——每天降塵量，mg/m2;W1——集塵玻璃片自身重量，g;W2——集樣后的總重量，g;S——集塵玻璃片的面積，mm2。

2.3 鑄鋁泵裝配前清洗

2.3.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

清洗作業(yè)時(shí)應(yīng)穿戴橡膠手套、防護(hù)口罩、防護(hù)眼鏡等防護(hù)用具。清洗時(shí)發(fā)現(xiàn)未清理干凈的零件，應(yīng)返回上道工序重新清理后再清洗。用噴槍噴射稀釋劑清洗的工藝要求：噴嘴距離零部件滿足工藝文件要求，以“Z”字形移動(dòng)，移動(dòng)速度嚴(yán)格按照工藝文件的要求，噴射角度與被清洗面呈一定角度，以規(guī)定的壓力持續(xù)噴射。用氣槍吹零部件各表面的工藝要求：噴嘴距離零部件一定距離，以“Z”字形移動(dòng)，移動(dòng)速度滿足工藝文件要求，噴射角度與被清洗面呈一定角度，以規(guī)定的壓力持續(xù)噴射。清洗后零件放置于專(zhuān)用小車(chē)上，放置時(shí)禁止疊放，專(zhuān)用小車(chē)應(yīng)保持清潔，每次運(yùn)轉(zhuǎn)前、后將小車(chē)零件放置平面及車(chē)身清掃干凈。

2.3.2 清洗作業(yè)

①前殼體清洗，用毛刷沾稀釋劑刷洗前殼體外表面，用噴槍噴射稀釋劑清洗前殼體安裝法蘭面、外表面及螺栓孔，用氣槍吹去前殼體各表面的稀釋劑，吹后靜置一段時(shí)間，用無(wú)紡布擦拭各表面檢查，擦拭后無(wú)紡布表面無(wú)異物粘附。②后殼體清洗，用毛刷沾稀釋劑刷洗后殼體外部外表面，用噴槍對(duì)準(zhǔn)后殼體各流道噴射稀釋劑并用試管刷配合清洗各流道，用噴槍噴射稀釋劑清洗后殼體安裝法蘭面、內(nèi)表面、外表面、流道及螺栓孔，整體清洗時(shí)間不少于1分鐘;用氣槍吹去后殼體各表面的稀釋劑，吹后靜置一段時(shí)間，用無(wú)紡布擦拭各表面檢查，擦拭后無(wú)紡布表面無(wú)異物粘附。③主體清洗，用毛刷沾稀釋劑刷洗主體外部表面，主體內(nèi)側(cè)接線口表面，用噴槍對(duì)準(zhǔn)主體各流道噴射稀釋劑并用試管刷配合清洗各流道，用噴槍噴射稀釋劑清洗后殼體內(nèi)表面、外表面、流道、法蘭面、接線板安裝面及螺栓孔，整體清洗時(shí)間不少于1分鐘;用氣槍吹去主體各表面的稀釋劑，吹后靜置一段時(shí)間，用無(wú)紡布擦拭各表面檢查，擦拭后無(wú)紡布表面無(wú)異物粘附。④轉(zhuǎn)子清洗，用噴槍噴射稀釋劑清洗轉(zhuǎn)子表面、鑄鋁端環(huán)部位，整體清洗時(shí)間不少于20秒;用氣槍吹去轉(zhuǎn)子各表面的稀釋劑，吹后靜置一段時(shí)間，用無(wú)紡布擦拭各表面檢查，擦拭后無(wú)紡布表面無(wú)異物粘附。⑤轉(zhuǎn)運(yùn)，清洗后檢查合格的零部件放置于專(zhuān)用小車(chē)上，運(yùn)轉(zhuǎn)至油泵車(chē)間裝配區(qū)指定位置存放。

2.4 鑄鋁泵零件打磨

2.4.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

打磨作業(yè)分為粗打磨作業(yè)、精打磨作業(yè)，粗打磨作業(yè)在打磨作業(yè)區(qū)完成，精打磨作業(yè)在清理區(qū)完成。粗打磨作業(yè)時(shí)應(yīng)穿戴防護(hù)口罩。打磨過(guò)程中加工面不允許有損傷。打磨后所有非加工棱邊無(wú)毛刺，表面及流道內(nèi)無(wú)鑄造瘤，用手輕摸棱邊應(yīng)無(wú)割手感覺(jué)。

2.4.2 打磨作業(yè)

2.4.2.1 后殼體打磨作業(yè)

①粗打磨作業(yè)，用鎢鋼磨頭所有流道的棱邊進(jìn)行打磨。用鎢鋼磨頭對(duì)棱邊進(jìn)行打磨。用砂輪磨頭把脫模遺留的鑄造瘤磨平。用鉆頭對(duì)橢圓圈內(nèi)軸承室側(cè)三個(gè)泄油孔進(jìn)行去毛刺處理。在風(fēng)磨筆上安裝鎢鋼磨頭，對(duì)流道側(cè)三個(gè)泄油孔進(jìn)行去毛刺處理。②精打磨作業(yè)，用刮刀清理各安裝孔邊緣毛刺，用刮刀清理流道內(nèi)未打磨平整的鑄造瘤，注意防止其余表面劃傷;用銼刀去除外部非加工面未打磨平整的鑄造瘤，注意防止打傷基材;用金相砂紙對(duì)各清理部位及其邊緣過(guò)渡部位打磨，直至手感檢查不刮手，過(guò)渡光滑;氣槍槍口距離后殼體表面約10mm處對(duì)所有表面進(jìn)行吹掃，對(duì)流道及軸承室進(jìn)行重點(diǎn)吹掃，用吸塵器配合吸除雜質(zhì);清理后后殼體各加工表面手感檢查不得有刮手的感覺(jué);非加工面無(wú)凸出鑄造瘤殘留，手感檢查無(wú)凹凸感，過(guò)渡光滑。

2.4.2.2 前殼體打磨作業(yè)

①粗打磨作業(yè)，用砂輪把箭頭所示外表面合模線磨平，用鎢鋼磨頭對(duì)非加工面安裝法蘭孔進(jìn)行去毛刺處理。②精打磨作業(yè)，用刮刀清理各安裝孔邊緣毛刺，注意防止其余表面劃傷;用銼刀去除非加工面未打磨平整的鑄造瘤，注意防止打傷基材;用金相砂紙對(duì)各清理部位及其邊緣過(guò)渡部位打磨，直至手感檢查不刮手，過(guò)渡光滑;氣槍槍口距離前殼體表面約10mm處對(duì)所有表面進(jìn)行吹掃，吸塵器配合吸除雜質(zhì);清理后前殼體各加工表面手感檢查不得有刮手的感覺(jué);非加工面無(wú)凸出鑄造瘤殘留，手感檢查無(wú)凹凸感，過(guò)渡光滑。

2.4.2.3 主體打磨作業(yè)

①粗打磨作業(yè)，用鎢鋼磨頭打磨所有流道的棱邊。用鎢鋼磨頭對(duì)出線孔棱邊進(jìn)行去毛刺。用砂輪磨頭去除出線孔處的鑄造瘤等異物。②精打磨作業(yè)，用刮刀清理各安裝孔邊緣毛刺，用刮刀清理流道內(nèi)未打磨平整的鑄造瘤，注意防止其余表面劃傷;用銼刀去除外部非加工面未打磨平整的鑄造瘤，注意防止打傷基材;用金相砂紙對(duì)各清理部位及其邊緣過(guò)渡部位打磨，直至手感檢查不刮手，過(guò)渡光滑;氣槍槍口距離主體表面約1公分對(duì)所有表面進(jìn)行吹掃，對(duì)流道進(jìn)行重點(diǎn)吹掃，用吸塵器配合吸除雜質(zhì);清理后后殼體各加工表面手感檢查不得有刮手的感覺(jué);非加工面無(wú)凸出鑄造瘤殘留，手感檢查無(wú)凹凸感，過(guò)渡光滑。

2.4.2.4 接線板清理

①用氣槍吹去表面灰塵、雜質(zhì)，用吸塵器配合吸除雜質(zhì);②用棉布沾酒精擦拭接線板整體表面各處，擦拭后表面酒精自然揮發(fā);③清理后用干凈無(wú)紡布擦拭檢查（每個(gè)表面擦拭點(diǎn)不少于3處），擦拭后無(wú)紡布表面無(wú)雜質(zhì)異物粘附;④運(yùn)轉(zhuǎn)至封閉車(chē)間指定位置用棉布整體覆蓋防護(hù)。

2.4.2.5 接線盒清理

用刮刀清理各安裝孔邊緣毛刺，注意防止其余表面劃傷;用氣槍吹去表面灰塵、雜質(zhì)，清理各安裝面，安裝接線盒。

3 ?結(jié)論

本文對(duì)某新型平臺(tái)動(dòng)車(chē)組牽引變壓器油泵異音進(jìn)行了原因分析，通過(guò)對(duì)故障軸承的能譜分析，確定故障原因，并提出了新的組裝工藝及油泵封閉裝配室降塵量監(jiān)測(cè)優(yōu)化方案，能夠避免軸承在組裝機(jī)油泵性能試驗(yàn)過(guò)程中，消除異物進(jìn)入的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷華彬.頻譜分析法在軸承故障診斷中的應(yīng)用.

[2]張博文，周友華，等.GB/T 273.2-2018 滾動(dòng)軸承 外形尺寸總方案 第2部分：推力軸承.

[3]洪廣孝.軸承機(jī)械設(shè)計(jì)的研究.

[4]于群.最新軸承設(shè)計(jì)與技術(shù)規(guī)范、故障診斷實(shí)務(wù)全書(shū).