鐵路車輛軸承優(yōu)化運用與分析

國能鐵路裝備公司準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轉過程當中的重要零部件，對于車輛的安全運行和行駛速度都有著相當重要的影響。文章對現階段高鐵線路中的軸承現狀做出了分析。利用對軸承的設計、裝配以及維護和檢測等多個方面的理論來進行研究，為相關的人員提供參考優(yōu)化意見。

關鍵詞：鐵路；車輛軸承；優(yōu)化；運用分析

軸承屬于鐵路車輛的核心基礎零部件，可以展現出一個國家機械制造業(yè)的技術核心水平，在軸承生產當中具有指標高、技術難的特點，因此高端軸承在應用方面需體現其技術的創(chuàng)新和研發(fā)。隨著鐵路運輸的大力發(fā)展，我國對于軸承的要求也越來越高，其需具備高精度運轉、高承載力以及高可靠性、低震動、低噪音的特點，更好地應用在鐵路車輛當中?，F階段，我國的鐵路運營里程、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動系統(tǒng)也提出了更高的要求，須保證滾動軸承的穩(wěn)定性，對整體系統(tǒng)的安全可靠性提供前提保證。在車輛運行的過程當中，軸承需要面對高速且頻繁的振動、溫度升高問題以及潤滑問題，利用優(yōu)化軸承制造、科學裝配的方式以及檢測來對相關影響問題進行解決，實現軸承的高質量運作。

1　鐵路車輛軸承的主要技術數據及技術要求

在軸承的結構型式和外形尺寸方面，我國鐵路貨運車輛的軸箱軸承都利用雙列圓錐滾子軸承來進行構造，其基本的結構型式如圖1所示。

在鐵路貨車當中，一般都利用無軸箱雙列圓錐滾子軸承單元進行連接，對承載鞍與轉向架側架采用直接連接的方式進行連接。在無軸箱雙列圓錐滾子軸承單元當中，由于其具備結構相對較輕、組裝和運用檢修方面都相對方便的特點，在鐵路貨車當中得到了廣泛的應用，在各個軸承公司當中雖然對軸承的設計存在不同的理念，但是軸承單元具備通用性。對于相同軸重的火車來說，需要在對應標準的基礎上保證產品自身的互換性，因此軸承的內外公稱尺寸基本相同，其內部結構參數差距也不大，的差距主要體現在密封裝置當中。各個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行提升，以此來實現軸承單元軸向寬度的縮小，使得軸承結構處于合理的狀態(tài)當中，如圖2為各軸承公司的軸承結構圖。

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

圖2   各軸承公司的軸承結構

在軸承的壽命當中，如果車輛的運行速度在每小時200千米以內，則軸承的質保期限為90萬公里或者4年，在經過段修之后可以保證在段修期間不會產生檢修質量的問題，但是需要在運行里程到達280萬公里或者使用年限到達10年的時候報廢。如果列車的運行速度在每小時200千米之上，在萬公里之內屬于免維護的狀態(tài)，在檢修之后240萬公里之后需要對其進行報廢。日本高鐵軸承的維護期限為120萬公里，需要行駛公里在300萬公里或者6到7年時進行報廢處理。

2　鐵路車輛軸承優(yōu)化運用與分析

在鐵路車輛軸承優(yōu)化運用與分析當中，需要從多角度多方面進行分析和優(yōu)化，在本文當中主要從設計、裝配以及檢查這幾個方面來進行分析研究。

2.1 設計優(yōu)化

雖然我國鐵路車輛技術逐漸走向國際市場，但鐵路車輛當中的核心部件軸承卻仍然依賴于進口，所以我國的軸承制作技術需要不斷增強。對比我國和外國所制造的軸承，在結構參數保持一致的狀態(tài)下，我國產品在運行過程當中產生的振動幅度和噪聲卻相對較大，和國外的產品存在著一定的差異，形成此種現象的主要原因為其軸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中，高性能的材料和高質量的加工工藝屬于兩個關鍵的核心基礎性問題。在我國鋼鐵企業(yè)當中，主要的難點在于提煉出高純度且高均勻性的軸承鋼，需要將鋼當中的氧氣含量控制在水平。在工況因素當中，主要的問題在于對于生產制造因素所造成的振動和噪音進行限度的降低。在以往軸承的壽命影響因素當中，加工工藝的合理性和穩(wěn)定性屬于重要因素，?承的失效因素也和軸承的熱處理和磨削工藝有著直接的關系。

在軸承的振動方面，由于受到了保持架和滾子兩方面加工因素的影響，其產生的振動幅度也會不同，其中滾子的加工質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，需要利用嚴格科學的制造標準，來實現對不同應用下工況的科學分析，對于滾子軸承進行整體和微觀結構的分析，實現優(yōu)化，對于滑動所產生的摩擦扭矩進行有效減少，從而實現滾子軸承在高速狀態(tài)下運行性能的有效提升。與此同時，影響軸承的速度當中，載荷量、溫度、游隙、粘度等潤滑因素也屬于其中的關鍵因素，需要對其進行量化分析，實現結構參數的有效優(yōu)化，達到優(yōu)設計的狀態(tài)。

2.2 軸承的裝配方式

在軸承的裝配過程中，需要保持正確科學的使用裝配方式，從而達到預期效果。在運行過程中，存在多個方面對軸承產生較大影響，其中對于軸承運行造成損傷的因素為振動，而銹蝕、剝落、壓痕、裂紋、磨損等多個問題，也會造成軸承的損傷。在振動的作用下，導致內外圈的配合位置處產生磨損現象，從而在其相互配合的狀態(tài)下對軌道產生偏移，或者是導致軸承產生疲勞的現象。在溫度的影響因素方面，軸承處于高溫的狀態(tài)下就表示已經處于異常狀態(tài)，在高溫的狀態(tài)下對軸承當中的潤滑劑會產生相當不利的影響，如果長期保持高溫狀態(tài)則會影響軸承的壽命。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、在潤滑劑當中存在雜質、負載過大、軸承損壞、間隙不足或者在油封的狀態(tài)下產生的高摩擦等。

在對軸承設計和制造工況進行優(yōu)化的同時，還要對高速運行的鐵路車輛當中的滾子軸承的裝配進行嚴格檢測，對于其裝配的環(huán)境、尺寸、選配以及檢測標準等多方面的因素進行分析，實現限度減少由于裝配不當產生的軸承損耗現象，可以確保軸承實現高精度的運轉。

首先，在裝配之前需要注意以下幾個方面的問題，軸承使用方面需要保持清潔，減少灰塵對于軸承運轉造成的影響，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象也時有發(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、使用到的工具設備、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，防銹工作也是一個必不可少的環(huán)節(jié)。軸承如果生銹，則會產生硬狀態(tài)的顆粒，因此在軸承使用的過程當中會類似于研磨劑一樣對軸承產生磨損。在軸承生銹的原因當中，存在濕氣、氧氣以及鹽分等多個因素，其中人體手上的汗液、潤滑劑當中的水分都會引起軸承生銹，因此在部件裝配作業(yè)的過程當中，操作人員需要佩戴潔凈的手套來防止軸承生銹問題。如果徒手進行軸承裝配作業(yè)需要保持手部的清潔，利用優(yōu)質礦油進行涂抹，之后進行作業(yè)操作?？諝猱斨械乃忠约把鯕庖部赡茉斐奢S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中。

臨末，在軸承裝配作業(yè)的過程當中需要注意產生的振動和沖擊現象，限度地避免由于擊打或者脫落而造成的軸承損傷問題。對于軸承必須進行敲打的話，需要在軸承的端面當中進行同等力量的施加，從而可以促使軸承正確滑入實現裝配完成。在敲擊的過程當中，盡量使用塑料錘進行錘擊，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行分散。

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

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

在高速車輛運行中，軸承承受的荷載能力和對旋轉精度的要求是呈正比的關系，也就是荷載能力越大，其旋轉精度也就越高，在軸承的安裝過程當中需要配合裝配，實現軸承的預緊工作，在保持熱平衡的條件狀態(tài)下實現游隙調整和預緊處于符合要求的狀態(tài)。在裝配的過程當中需要利用預緊來實現軸承內圈或者外圈的軸向力增加，以此來使軸承的游隙消失，實現滾動體和內外圈在接觸下產生初期的變形狀態(tài)。預緊可以對軸承在工作狀態(tài)下的剛度和旋轉精度進行提升。滾動軸承的實際理想工作間隙方面，屬于軸承升溫穩(wěn)定狀態(tài)下所需要調整的間隙。因此對于軸承游隙的調整需要分成兩個部分。?一步，在常溫狀態(tài)下按照相關的操作規(guī)范和技術要求來實現對軸承游隙的調整，調整到合適的間隙并且利用手轉動應感到旋轉靈活。對其整體的機構進行回松，以此來有效地放置軸承由于溫度過高而產生的突然抱死狀態(tài)，在空運轉實驗的過程中，從低速到高速的空運轉時間需要保持在2小時之內，在速度進行空運轉的時間需要在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。

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

2.3 檢測維護

在檢測軸承的過程當中，需要根據其相關的技術要求來對軸承的實際情況進行監(jiān)控和檢查，其中包括承載的負荷、滾動聲、轉速、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中，需要利用嚴格的工藝流程和技術要求進行檢修。對于拆卸的軸承，需要檢查是否可以進行二次使用。利用專業(yè)先進的拆卸工具來對軸承進行正確的拆卸，在軸承的檢查當中，需要對軸承的外觀、潤滑劑的殘存量進行取樣分析，利用汽油或者其他清洗劑對軸承進行清洗操作。在軸承的清洗方面，需要實現粗洗和細洗。粗洗，即為利用刷子對滑脂、粘著物進行清洗。細洗，主要是利用清洗油在旋轉的過程當中對軸承進行清洗。對滾動道面、滾動面以及配合面和保持架等也要進行檢查。如果出現了滾動體的毛刺裂縫現象、內圈外圈滾動體的斷裂現象、滾道面、擋邊、以及滾動體出現卡傷等現象是不可以在進行使用的。對于軸承是否可以二次使用，需要對軸承的損傷程度進行分析考慮，利用條件和周期檢修，利用專業(yè)的工具設備來按照相關的技術規(guī)范進行檢查和測量。在高速鐵路車輛的走行部，也就是轉向架屬于列車的核心部件，可以保證列車高速安全平穩(wěn)的運行，軸承屬于其中的關鍵零部件，車輛的車輪在軸箱、彈簧與轉向架構架的基礎上實現和車體的有效連接，軸箱的軸承對于車輛的自重、載荷以及鋼軌對車輪產生的縱向橫向甚至于垂向的沖擊力進行有效的承載，軸箱對于車輛在急轉彎、偏載以及牽引力帶來附加力的過程當中產生的承載力和耐力，起到了的承載作用。

3　針對鐵路車輛滾動軸承運用中出現的故障及解決措施

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

其次，還要對檢修進行合理規(guī)范地檢測，提升對外部因素的科學控制。針對車輛的檢修來說，需要對其動態(tài)平衡力度進行檢查和調整。針對車輪在加工設計的過程當中其直徑和半徑都需要保證處于合理的范圍，實現科學的協調配合。對于各區(qū)域的數據需要避免差異現象，設計人員在對軸承設計的過程當中，需要有效地防止摩擦力過大的機械設備，對車軌間隙有一個良好的保護。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，避免出現不合格的改裝。在軸承設計之后，需要加強對軸承的檢查，要避免在使用過程中出現一些不必要的故障。

臨末，需要對軸承溫度的準確性進行一定的規(guī)范，結合其系統(tǒng)本身的判斷來實現對軸承溫度的判斷。由于軸承在使用過程當中使用的時間里程周期相對較長，溫度的差異性也相對較大。因此需要在軸承設計之后，檢查其溫度，保證其軸承溫度的準確數據。在這個過程當中，需要利用紅外線勘測軸承溫度，對預報設備技術進行不斷優(yōu)化、改進和創(chuàng)新，根據實際的發(fā)展要求來實現技術手法的創(chuàng)新應用。針對軸承的抗干擾性也要做出改進。對于軸承設備的外觀形狀作出合理的調整，保證數據的準確性，以此來實現對滾動軸承內部溫度升高因素的準確判斷，有利于故障判斷的原因分析。

4　結束語

綜上所述，在機車車輛高速運行的過程當中，軸承屬于一個核心的關鍵零部件，需要對于軸承自身的耐沖擊振動、安全可靠性進行有效地提升和優(yōu)化，實現高承載力和高強度的運行，同時，對于軸承需要進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，實現我國?速鐵路的安全穩(wěn)定運營。

參考文獻略

（來源：中國軸承工業(yè)協會）

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