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鐵路車輛軸承優(yōu)化運(yùn)用與分析

發(fā)布時(shí)間：2023-06-29

國能鐵路裝備公司準(zhǔn)格爾車輛維修分公司　賀永勝

摘　要：軸承屬于鐵路車輛在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的重要零部件，對于車輛的安全運(yùn)行和行駛速度都有著相當(dāng)重要的影響。文章對現(xiàn)階段高鐵線路中的軸承現(xiàn)狀做出了分析。利用對軸承的設(shè)計(jì)、裝配以及維護(hù)和檢測等多個(gè)方面的理論來進(jìn)行研究，為相關(guān)的人員提供參考優(yōu)化意見。

關(guān)鍵詞：鐵路；車輛軸承；優(yōu)化；運(yùn)用分析

軸承屬于鐵路車輛的核心基礎(chǔ)零部件，可以展現(xiàn)出一個(gè)國家機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)核心水平，在軸承生產(chǎn)當(dāng)中具有指標(biāo)高、技術(shù)難的特點(diǎn)，因此高端軸承在應(yīng)用方面需體現(xiàn)其技術(shù)的創(chuàng)新和研發(fā)。隨著鐵路運(yùn)輸?shù)拇罅Πl(fā)展，我國對于軸承的要求也越來越高，其需具備高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、高承載力以及高可靠性、低震動(dòng)、低噪音的特點(diǎn)，更好地應(yīng)用在鐵路車輛當(dāng)中�，F(xiàn)階段，我國的鐵路運(yùn)營里程、速度且規(guī)模，我國的鐵路車輛也確定了高速且綠色環(huán)保的方向，因此對于其走行裝置和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也提出了更高的要求，須保證滾動(dòng)軸承的穩(wěn)定性，對整體系統(tǒng)的安全可靠性提供前提保證。在車輛運(yùn)行的過程當(dāng)中，軸承需要面對高速且頻繁的振動(dòng)、溫度升高問題以及潤滑問題，利用優(yōu)化軸承制造、科學(xué)裝配的方式以及檢測來對相關(guān)影響問題進(jìn)行解決，實(shí)現(xiàn)軸承的高質(zhì)量運(yùn)作。

1　鐵路車輛軸承的主要技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)要求

在軸承的結(jié)構(gòu)型式和外形尺寸方面，我國鐵路貨運(yùn)車輛的軸箱軸承都利用雙列圓錐滾子軸承來進(jìn)行構(gòu)造，其基本的結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

在鐵路貨車當(dāng)中，一般都利用無軸箱雙列圓錐滾子軸承單元進(jìn)行連接，對承載鞍與轉(zhuǎn)向架側(cè)架采用直接連接的方式進(jìn)行連接。在無軸箱雙列圓錐滾子軸承單元當(dāng)中，由于其具備結(jié)構(gòu)相對較輕、組裝和運(yùn)用檢修方面都相對方便的特點(diǎn)，在鐵路貨車當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在各個(gè)軸承公司當(dāng)中雖然對軸承的設(shè)計(jì)存在不同的理念，但是軸承單元具備通用性。對于相同軸重的火車來說，需要在對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上保證產(chǎn)品自身的互換性，因此軸承的內(nèi)外公稱尺寸基本相同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)差距也不大，的差距主要體現(xiàn)在密封裝置當(dāng)中。各個(gè)軸承的制造商利用對密封裝置的改造來對軸承的密封性能進(jìn)行提升，以此來實(shí)現(xiàn)軸承單元軸向?qū)挾鹊目s小，使得軸承結(jié)構(gòu)處于合理的狀態(tài)當(dāng)中，如圖2為各軸承公司的軸承結(jié)構(gòu)圖。

（a）SKF、TIMKEN、NSK、NTN軸承公司及中國軸承結(jié)構(gòu)；（b）FAG軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（c）SKF軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（d）TIMKEN軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（e）中國軸承結(jié)構(gòu)；（f）NTN軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（g）SKF軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（h）TIMKEN軸承公司軸承結(jié)構(gòu)；（i）中國的軸承結(jié)構(gòu)之一；（j）中國的軸承結(jié)構(gòu)之二

圖2   各軸承公司的軸承結(jié)構(gòu)

在軸承的壽命當(dāng)中，如果車輛的運(yùn)行速度在每小時(shí)200千米以內(nèi)，則軸承的質(zhì)保期限為90萬公里或者4年，在經(jīng)過段修之后可以保證在段修期間不會(huì)產(chǎn)生檢修質(zhì)量的問題，但是需要在運(yùn)行里程到達(dá)280萬公里或者使用年限到達(dá)10年的時(shí)候報(bào)廢。如果列車的運(yùn)行速度在每小時(shí)200千米之上，在萬公里之內(nèi)屬于免維護(hù)的狀態(tài)，在檢修之后240萬公里之后需要對其進(jìn)行報(bào)廢。日本高鐵軸承的維護(hù)期限為120萬公里，需要行駛公里在300萬公里或者6到7年時(shí)進(jìn)行報(bào)廢處理。

2　鐵路車輛軸承優(yōu)化運(yùn)用與分析

在鐵路車輛軸承優(yōu)化運(yùn)用與分析當(dāng)中，需要從多角度多方面進(jìn)行分析和優(yōu)化，在本文當(dāng)中主要從設(shè)計(jì)、裝配以及檢查這幾個(gè)方面來進(jìn)行分析研究。

2.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

雖然我國鐵路車輛技術(shù)逐漸走向國際市場，但鐵路車輛當(dāng)中的核心部件軸承卻仍然依賴于進(jìn)口，所以我國的軸承制作技術(shù)需要不斷增強(qiáng)。對比我國和外國所制造的軸承，在結(jié)構(gòu)參數(shù)保持一致的狀態(tài)下，我國產(chǎn)品在運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生的振動(dòng)幅度和噪聲卻相對較大，和國外的產(chǎn)品存在著一定的差異，形成此種現(xiàn)象的主要原因?yàn)槠漭S承的制造工藝和狀況等多方面因素。在高端軸承的制造過程當(dāng)中，高性能的材料和高質(zhì)量的加工工藝屬于兩個(gè)關(guān)鍵的核心基礎(chǔ)性問題。在我國鋼鐵企業(yè)當(dāng)中，主要的難點(diǎn)在于提煉出高純度且高均勻性的軸承鋼，需要將鋼當(dāng)中的氧氣含量控制在水平。在工況因素當(dāng)中，主要的問題在于對于生產(chǎn)制造因素所造成的振動(dòng)和噪音進(jìn)行限度的降低。在以往軸承的壽命影響因素當(dāng)中，加工工藝的合理性和穩(wěn)定性屬于重要因素，�〕械氖�效因素也和軸承的熱處理和磨削工藝有著直接的關(guān)系。

在軸承的振動(dòng)方面，由于受到了保持架和滾子兩方面加工因素的影響，其產(chǎn)生的振動(dòng)幅度也會(huì)不同，其中滾子的加工質(zhì)量對于軸承的影響力是的，滾子的粗糙程度、波紋度、表面缺陷以及磕傷等問題都會(huì)對軸承造成影響。在建模和工藝流程的精化方面，需要利用嚴(yán)格科學(xué)的制造標(biāo)準(zhǔn)，來實(shí)現(xiàn)對不同應(yīng)用下工況的科學(xué)分析，對于滾子軸承進(jìn)行整體和微觀結(jié)構(gòu)的分析，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，對于滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦扭矩進(jìn)行有效減少，從而實(shí)現(xiàn)滾子軸承在高速狀態(tài)下運(yùn)行性能的有效提升。與此同時(shí)，影響軸承的速度當(dāng)中，載荷量、溫度、游隙、粘度等潤滑因素也屬于其中的關(guān)鍵因素，需要對其進(jìn)行量化分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的有效優(yōu)化，達(dá)到優(yōu)設(shè)計(jì)的狀態(tài)。

2.2 軸承的裝配方式

在軸承的裝配過程中，需要保持正確科學(xué)的使用裝配方式，從而達(dá)到預(yù)期效果。在運(yùn)行過程中，存在多個(gè)方面對軸承產(chǎn)生較大影響，其中對于軸承運(yùn)行造成損傷的因素為振動(dòng)，而銹蝕、剝落、壓痕、裂紋、磨損等多個(gè)問題，也會(huì)造成軸承的損傷。在振動(dòng)的作用下，導(dǎo)致內(nèi)外圈的配合位置處產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，從而在其相互配合的狀態(tài)下對軌道產(chǎn)生偏移，或者是導(dǎo)致軸承產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象。在溫度的影響因素方面，軸承處于高溫的狀態(tài)下就表示已經(jīng)處于異常狀態(tài)，在高溫的狀態(tài)下對軸承當(dāng)中的潤滑劑會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)不利的影響，如果長期保持高溫狀態(tài)則會(huì)影響軸承的壽命。引起軸承高溫的因素是多種多樣的，比如潤滑不足、過分潤滑、在潤滑劑當(dāng)中存在雜質(zhì)、負(fù)載過大、軸承損壞、間隙不足或者在油封的狀態(tài)下產(chǎn)生的高摩擦等。

在對軸承設(shè)計(jì)和制造工況進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)，還要對高速運(yùn)行的鐵路車輛當(dāng)中的滾子軸承的裝配進(jìn)行嚴(yán)格檢測，對于其裝配的環(huán)境、尺寸、選配以及檢測標(biāo)準(zhǔn)等多方面的因素進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)限度減少由于裝配不當(dāng)產(chǎn)生的軸承損耗現(xiàn)象，可以確保軸承實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)轉(zhuǎn)。

首先，在裝配之前需要注意以下幾個(gè)方面的問題，軸承使用方面需要保持清潔，減少灰塵對于軸承運(yùn)轉(zhuǎn)造成的影響，肉眼看不見的灰塵對于軸承早期造成磨損或者是剝離等現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，因此需要對裝配過程保持全過程的環(huán)境清潔。對于裝配作業(yè)的場所、作業(yè)臺(tái)、使用到的工具設(shè)備、車軸、軸承箱以及其他部位等都需要保持和軸承一致的清潔程度，在軸承使用之前盡量不要打開涂抹防銹劑的包裝。

其次，在裝配之前，防銹工作也是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。軸承如果生銹，則會(huì)產(chǎn)生硬狀態(tài)的顆粒，因此在軸承使用的過程當(dāng)中會(huì)類似于研磨劑一樣對軸承產(chǎn)生磨損。在軸承生銹的原因當(dāng)中，存在濕氣、氧氣以及鹽分等多個(gè)因素，其中人體手上的汗液、潤滑劑當(dāng)中的水分都會(huì)引起軸承生銹，因此在部件裝配作業(yè)的過程當(dāng)中，操作人員需要佩戴潔凈的手套來防止軸承生銹問題。如果徒手進(jìn)行軸承裝配作業(yè)需要保持手部的清潔，利用優(yōu)質(zhì)礦油進(jìn)行涂抹，之后進(jìn)行作業(yè)操作�？諝猱�(dāng)中的水分以及氧氣也可能造成軸承生銹，因此對于軸承的保存需要將其放置于干燥的位置當(dāng)中。

臨末，在軸承裝配作業(yè)的過程當(dāng)中需要注意產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊現(xiàn)象，限度地避免由于擊打或者脫落而造成的軸承損傷問題。對于軸承必須進(jìn)行敲打的話，需要在軸承的端面當(dāng)中進(jìn)行同等力量的施加，從而可以促使軸承正確滑入實(shí)現(xiàn)裝配完成。在敲擊的過程當(dāng)中，盡量使用塑料錘進(jìn)行錘擊，在只能使用鋼錘的情況下，可以在下面墊加非鐵制的墊板來對力量進(jìn)行分散。

其中需要注意的是，對于保持架滾動(dòng)軸承當(dāng)中游隙的調(diào)整和預(yù)緊是不可以進(jìn)行敲擊的，屬于裝配工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可以對軸承的旋轉(zhuǎn)精度和承載能力進(jìn)行有效提升，同時(shí)，對于軸箱裝置當(dāng)中由于振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲也可以有效降低，并減少軸承的疲勞強(qiáng)度。

因此需要對游隙調(diào)整和預(yù)緊的工藝進(jìn)行全方位地把握和掌控，科學(xué)合理地應(yīng)用工藝手法，保證軸承裝配工作的高質(zhì)量完成。在對軸承裝配的過程當(dāng)中，游隙需要適中，不可出現(xiàn)過大或者過小的現(xiàn)象。在游隙過大的狀態(tài)下，對于單個(gè)滾動(dòng)體的承載載荷量就會(huì)增大，因此對于軸承的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命就會(huì)產(chǎn)生減少的效果，在系統(tǒng)振動(dòng)增大的情況下運(yùn)行軸承噪聲也會(huì)增加。游隙在相對較小的情況下會(huì)增大其摩擦力，以此產(chǎn)生軸承的熱量增加的效果，從而加劇了軸承運(yùn)行的磨損，造成了軸承壽命的減少，甚至于造成滾動(dòng)體卡死現(xiàn)象，影響了正常的工作。因此在軸承裝配的過程當(dāng)中需要對游隙進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)整和控制。

在高速車輛運(yùn)行中，軸承承受的荷載能力和對旋轉(zhuǎn)精度的要求是呈正比的關(guān)系，也就是荷載能力越大，其旋轉(zhuǎn)精度也就越高，在軸承的安裝過程當(dāng)中需要配合裝配，實(shí)現(xiàn)軸承的預(yù)緊工作，在保持熱平衡的條件狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)游隙調(diào)整和預(yù)緊處于符合要求的狀態(tài)。在裝配的過程當(dāng)中需要利用預(yù)緊來實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)圈或者外圈的軸向力增加，以此來使軸承的游隙消失，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)體和內(nèi)外圈在接觸下產(chǎn)生初期的變形狀態(tài)。預(yù)緊可以對軸承在工作狀態(tài)下的剛度和旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行提升。滾動(dòng)軸承的實(shí)際理想工作間隙方面，屬于軸承升溫穩(wěn)定狀態(tài)下所需要調(diào)整的間隙。因此對于軸承游隙的調(diào)整需要分成兩個(gè)部分。?一步，在常溫狀態(tài)下按照相關(guān)的操作規(guī)范和技術(shù)要求來實(shí)現(xiàn)對軸承游隙的調(diào)整，調(diào)整到合適的間隙并且利用手轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)感到旋轉(zhuǎn)靈活。對其整體的機(jī)構(gòu)進(jìn)行回松，以此來有效地放置軸承由于溫度過高而產(chǎn)生的突然抱死狀態(tài)，在空運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的過程中，從低速到高速的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間需要保持在2小時(shí)之內(nèi)，在速度進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間需要在30分鐘之上，軸承部位保持靈活且噪聲小的狀態(tài)，其工作溫度需要保持在50℃以下。

在軸承向游隙調(diào)整的過程當(dāng)中存在多種方式，比如墊片調(diào)整法、螺母調(diào)整法、螺釘擋蓋調(diào)整法和內(nèi)外套調(diào)整法等。一般來說常用的方法為墊片調(diào)整法。在裝配的時(shí)候，軸承的套內(nèi)孔在潤滑油的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)摩擦作用減少的同時(shí)還可以對軸承當(dāng)中的零件起到一個(gè)冷卻作用。在對軸承的游隙進(jìn)行調(diào)整之后，其摩擦產(chǎn)生的熱量增加，軸箱裝置的溫度也會(huì)增加。產(chǎn)生的熱量對于零件的尺寸會(huì)產(chǎn)生影響，從而影響到軸承間隙，產(chǎn)生更多的熱量，形成一個(gè)惡性循環(huán)現(xiàn)象。因此，需要對軸承進(jìn)行游隙的調(diào)整，從而減少摩擦，利用循環(huán)流動(dòng)的潤滑油來實(shí)現(xiàn)熱量的分散，對于溫度可以有效控制，保證系統(tǒng)的熱平衡現(xiàn)象。

2.3 檢測維護(hù)

在檢測軸承的過程當(dāng)中，需要根據(jù)其相關(guān)的技術(shù)要求來對軸承的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)控和檢查，其中包括承載的負(fù)荷、滾動(dòng)聲、轉(zhuǎn)速、溫度以及潤滑狀態(tài)等情況，以此來對其中存在的異常狀態(tài)進(jìn)行原因的查找，針對問題做出有效的整改。在軸承的檢修過程當(dāng)中，需要利用嚴(yán)格的工藝流程和技術(shù)要求進(jìn)行檢修。對于拆卸的軸承，需要檢查是否可以進(jìn)行二次使用。利用專業(yè)先進(jìn)的拆卸工具來對軸承進(jìn)行正確的拆卸，在軸承的檢查當(dāng)中，需要對軸承的外觀、潤滑劑的殘存量進(jìn)行取樣分析，利用汽油或者其他清洗劑對軸承進(jìn)行清洗操作。在軸承的清洗方面，需要實(shí)現(xiàn)粗洗和細(xì)洗。粗洗，即為利用刷子對滑脂、粘著物進(jìn)行清洗。細(xì)洗，主要是利用清洗油在旋轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中對軸承進(jìn)行清洗。對滾動(dòng)道面、滾動(dòng)面以及配合面和保持架等也要進(jìn)行檢查。如果出現(xiàn)了滾動(dòng)體的毛刺裂縫現(xiàn)象、內(nèi)圈外圈滾動(dòng)體的斷裂現(xiàn)象、滾道面、擋邊、以及滾動(dòng)體出現(xiàn)卡傷等現(xiàn)象是不可以在進(jìn)行使用的。對于軸承是否可以二次使用，需要對軸承的損傷程度進(jìn)行分析考慮，利用條件和周期檢修，利用專業(yè)的工具設(shè)備來按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行檢查和測量。在高速鐵路車輛的走行部，也就是轉(zhuǎn)向架屬于列車的核心部件，可以保證列車高速安全平穩(wěn)的運(yùn)行，軸承屬于其中的關(guān)鍵零部件，車輛的車輪在軸箱、彈簧與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)和車體的有效連接，軸箱的軸承對于車輛的自重、載荷以及鋼軌對車輪產(chǎn)生的縱向橫向甚至于垂向的沖擊力進(jìn)行有效的承載，軸箱對于車輛在急轉(zhuǎn)彎、偏載以及牽引力帶來附加力的過程當(dāng)中產(chǎn)生的承載力和耐力，起到了的承載作用。

3　針對鐵路車輛滾動(dòng)軸承運(yùn)用中出現(xiàn)的故障及解決措施

首先，需要對軸承選擇的有效性進(jìn)行提升，以此來對軸承的檢修控制進(jìn)行加強(qiáng)和提升。技術(shù)人員和研究學(xué)者針對其出現(xiàn)的故障原因作出了分析。對于車輪軸承的質(zhì)量需要進(jìn)行提升，實(shí)現(xiàn)人才的分配合理。我國根據(jù)國外的情況來對先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)手段進(jìn)行引進(jìn)，提出適合我國國內(nèi)軸承企業(yè)發(fā)展的技術(shù)方式。我國對于其軸承質(zhì)量的信息管理庫和管理機(jī)制也在不斷地推陳出新，將軸承應(yīng)用在各行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，針對我國軸承在使用過程中出現(xiàn)的問題來說，需要加大其理賠機(jī)制，做好評估方案，避免軸承企業(yè)人力物力資源的大量浪費(fèi)。對于生產(chǎn)完成的軸承，需要對其軸承質(zhì)量進(jìn)行檢測，有效避免軸承當(dāng)中存在的隱患問題。

其次，還要對檢修進(jìn)行合理規(guī)范地檢測，提升對外部因素的科學(xué)控制。針對車輛的檢修來說，需要對其動(dòng)態(tài)平衡力度進(jìn)行檢查和調(diào)整。針對車輪在加工設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中其直徑和半徑都需要保證處于合理的范圍，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的協(xié)調(diào)配合。對于各區(qū)域的數(shù)據(jù)需要避免差異現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員在對軸承設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要有效地防止摩擦力過大的機(jī)械設(shè)備，對車軌間隙有一個(gè)良好的保護(hù)。針對管理人員來說需要禁止一些不良因素造成的車輛不合規(guī)則的電焊操作，避免出現(xiàn)不合格的改裝。在軸承設(shè)計(jì)之后，需要加強(qiáng)對軸承的檢查，要避免在使用過程中出現(xiàn)一些不必要的故障。

臨末，需要對軸承溫度的準(zhǔn)確性進(jìn)行一定的規(guī)范，結(jié)合其系統(tǒng)本身的判斷來實(shí)現(xiàn)對軸承溫度的判斷。由于軸承在使用過程當(dāng)中使用的時(shí)間里程周期相對較長，溫度的差異性也相對較大。因此需要在軸承設(shè)計(jì)之后，檢查其溫度，保證其軸承溫度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在這個(gè)過程當(dāng)中，需要利用紅外線勘測軸承溫度，對預(yù)報(bào)設(shè)備技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化、改進(jìn)和創(chuàng)新，根據(jù)實(shí)際的發(fā)展要求來實(shí)現(xiàn)技術(shù)手法的創(chuàng)新應(yīng)用。針對軸承的抗干擾性也要做出改進(jìn)。對于軸承設(shè)備的外觀形狀作出合理的調(diào)整，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以此來實(shí)現(xiàn)對滾動(dòng)軸承內(nèi)部溫度升高因素的準(zhǔn)確判斷，有利于故障判斷的原因分析。

4　結(jié)束語

綜上所述，在機(jī)車車輛高速運(yùn)行的過程當(dāng)中，軸承屬于一個(gè)核心的關(guān)鍵零部件，需要對于軸承自身的耐沖擊振動(dòng)、安全可靠性進(jìn)行有效地提升和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高承載力和高強(qiáng)度的運(yùn)行，同時(shí)，對于軸承需要進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，實(shí)現(xiàn)我國?速鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)營。

參考文獻(xiàn)略

（來源：中國軸承工業(yè)協(xié)會(huì)）

（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）