HXD1B 型電力機車軸箱軸承故障分析

劉民

摘 要：文章通過對HXD1B型電力機車軸箱軸承現(xiàn)場開蓋檢查、軸承檢測、走行公里及牽引負載等情況的匯集，對HXD1B型電力機車軸箱軸承主要故障進行分析，并從設計制造、日常維護、檢修管理及機車使用等方面入手提出解決建議。

關鍵詞：HXD1B型電力機車；軸箱軸承；故障分析

中圖分類號：U269 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0083-02

1 概 述

HXD1B型電力機車是國產(chǎn)交流傳動大功率電力機車，最大輸出功率9 600 kW，自2009年在武漢鐵路局江岸機務段投入使用，極大的解決了貨運緊張問題，但在機車運用維護中暴露出軸箱軸承問題，2013年3月9日HXD1B型0337號機車牽引42 092次貨物列車時出現(xiàn)第6位軸箱溫度高現(xiàn)象，根據(jù)溫度試紙變黑情況判斷軸箱內(nèi)溫度超過127 ℃，機車故障時總走行450 464 km。救援后解體軸箱檢查發(fā)現(xiàn)軸承外圈裂紋、保持架斷裂、潤滑油干結，軸承內(nèi)有金屬雜質(zhì)，軸頭過熱呈紫黑色，形成軸承固死重大安全隱患。

軸箱軸承故障不是一個單獨特例，江岸機務段從2013年5月9日至9月30日開蓋普查了270臺機車，發(fā)現(xiàn)并更換問題軸承29個，如果這些軸承處理不當，將發(fā)展成影響鐵路運輸安全的突出故障。為處理好軸承故障問題，確保HXD1B型電力機車有效投入使用，相關技術人員進行了調(diào)查分析。

2 現(xiàn)場調(diào)查情況

2.1 開蓋普查情況

開蓋檢查時更換的29個軸承的主要問題如下：

①銹蝕。表現(xiàn)形式為軸承外圈表面嚴重銹蝕、軸承與軸箱間有不均勻的銹斑。

②油脂問題。表現(xiàn)形式為嚴重油脂滲漏和溢出和油脂變質(zhì)。

③雜質(zhì)進入。表現(xiàn)形式為軸箱內(nèi)有雜質(zhì)并且泥垢堆積。

④接磨。表現(xiàn)形式為軸承密封罩變形和磨損磕碰、軸承壓蓋與外端蓋間接磨嚴重。

此外，普查中還發(fā)現(xiàn)HXD1B機車存在普遍的同臺車混用不同型號（主要由SKF、FAG和TIMKEN三家提供，少量由NSK提供）軸箱軸承的現(xiàn)象。

2.2 機車頂輪檢測軸承的發(fā)現(xiàn)

為進一步深入探索HXD1B型機車軸承的質(zhì)量狀況， 江岸機務段從2013年10月份到2014年4月頂輪檢測軸箱軸承228臺次，更換軸承95個，檢測發(fā)現(xiàn)問題軸承25個。

因為摩擦力矩大、磨損或松曠等原因軸承會產(chǎn)生異常溫升和異音現(xiàn)象，異常溫升和異音是軸承軸承故障的重要征兆。見表1，發(fā)現(xiàn)有異常溫升或異音現(xiàn)象的軸承中：檢測不合格的12個，共占問題軸承的48%；而檢測正常的，如果維護不當也會向初級損壞發(fā)展，在后續(xù)的跟蹤復測中，又發(fā)現(xiàn)10個軸承檢測不合格并進行了更換。

在軸承跟蹤監(jiān)測中也發(fā)現(xiàn)，針對軸承種類適當補充油脂，可以消除異常溫升和異音現(xiàn)象，并阻止故障發(fā)展。如0389號機車第一位軸箱三次出現(xiàn)軸承異音、0412號機車第4位軸箱兩次出現(xiàn)異常溫升，在日常維護中對混用的TIMKEN軸承、SKF軸承區(qū)分補充油脂量，在多次追蹤檢測中，檢測數(shù)據(jù)，見表2、表3，軸承簡易診斷正常，進行精密診斷分析也顯示無故障頻率，觀察機車使用，軸承狀態(tài)良好。

3 影響軸承的其他因素

3.1 軸承走行公里

江岸機務段對上線機車的軸承更換數(shù)量及走行公里統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)：排除新上線機車發(fā)生的少數(shù)軸承故障，選取統(tǒng)計主要數(shù)據(jù)段可看出機車在走行超過50萬km后軸承故障率十分集中。如圖1所示。

3.2 負載變化

對HXD1B型電力機車不同牽引狀況進行觀察，發(fā)現(xiàn)：機車牽引臨客或牽引加速、制動過程時軸箱軸承溫度偏高。

4 現(xiàn)象分析

結合以上調(diào)查情況，分析軸箱軸承故障原因。

4.1 密封不良

從開蓋普查情況來看：軸箱內(nèi)有雜質(zhì)并且泥垢堆積，軸承發(fā)生銹蝕，說明 HXD1B型電力機車軸箱結構設計不完善，軸箱加工誤差大且軸承組裝工藝不規(guī)范，造成軸箱內(nèi)側擋圈、軸箱與軸承間無法完全密封，無法杜絕異物及水汽進入軸箱內(nèi)和軸承內(nèi)，并因水汽及外來液體影響造成軸承銹蝕。

另一方面開蓋檢查發(fā)現(xiàn)軸承有嚴重油脂滲漏、溢出現(xiàn)象，說明軸箱采用密封軸承的密封性能也不是很好，軸箱內(nèi)異物會隨著軸承轉(zhuǎn)動混入軸承內(nèi)部，破壞軸承內(nèi)部潤滑，引起潤滑油脂失效、軸承異常摩擦等問題，進而發(fā)展成軸承磨損、表面損壞、缺口/凹痕、銹蝕等初級損壞形式。

4.2 補脂不當

三種軸箱軸承的主要指標對比，見表4。

由上表對比可知，三種主要軸承的注脂量和單側密封罩和滾子組件油脂量都不同，在運行中三種軸承溢脂量也不同，因此補脂量也是有差異的，但由于同臺車混用不同型號軸箱軸承現(xiàn)象普遍，補脂人員不能很好的做到對應不同軸承去適當補充油脂，導致部分軸承補油不足或是過多。軸承缺油時潤滑不良，軸承內(nèi)部會因摩擦力矩增大導致異常溫升或因磨損產(chǎn)生異音現(xiàn)象，開蓋檢查發(fā)現(xiàn)油脂變質(zhì)現(xiàn)象，若不能及時補油，軸承必將發(fā)展為初級損壞故障；相反軸承內(nèi)油脂過多，軸承內(nèi)部也會因散熱不良導致發(fā)熱。

4.3 疲勞壽命

滾動軸承的內(nèi)外滾道和滾動體表面既承受載荷又相對滾動，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應力處）形成裂紋，繼而擴展到接觸表面使表層發(fā)生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。疲勞剝落會造成運轉(zhuǎn)時的沖擊載荷、振動和噪聲加劇，在滾道或滾動體上出現(xiàn)面積為0.5 mm2的疲勞剝落坑軸承就壽命終結。滾動軸承的疲勞壽命分散性很大，同一批軸承中，其最高壽命與最低壽命可以相差幾十倍乃至上百倍，通過HXD1B型機車軸箱軸承更換與走行公里的統(tǒng)計圖可以推測：集中在50萬公里之后，較低疲勞壽命軸承的內(nèi)外滾道和滾動體表面開始出現(xiàn)剝落，若沒有及時解體檢修或更換，軸承很快發(fā)展為初級損壞。

4.4 負載變化影響

軸承運動時油脂相互運動切割產(chǎn)生熱量，貨運機車牽引臨客時速度提高，會造成軸承內(nèi)油脂加快切割運動從而導致溫度變高。過度的軸承溫升會使得軸承油脂變質(zhì)，影響軸承潤滑效果，導致部分可靠性較差的軸承出現(xiàn)故障現(xiàn)象。

5 應對措施及建議

通過對軸箱軸承故障原因分析，建議從設計制造、日常維護、檢修管理及機車使用等方面入手，應對軸箱軸承故障問題。

5.1 優(yōu)化設計制造

及時將軸箱和軸承密封不良的具體狀況反饋給相應廠家，廠家根據(jù)實際情況改進軸箱、軸承的密封性方式并提高組裝工藝，減少軸箱、軸承內(nèi)進入異物的機會和軸承油脂滲漏現(xiàn)象。

5.2 規(guī)范軸承補脂工作

針對三種主要軸承補脂量的差異，應盡量杜絕同臺車軸箱軸承混裝現(xiàn)象，減少不對應補脂的幾率；其次應對每臺車的軸箱軸承進行登記，明確每一位軸箱的軸承種類，對應做好日常軸承補脂管理，確保軸承潤滑良好且不影響散熱。

5.3 加強日常監(jiān)測

加強對乘務作業(yè)和整備作業(yè)的管理，利用軸溫檢測槍和溫度試紙檢測及時發(fā)現(xiàn)軸承異常溫升，充分利用好機車頂輪檢測，根據(jù)檢測結果及時對檢測有問題的軸承開蓋檢查處理，做到有效地發(fā)現(xiàn)故障、預防軸承固死。

5.4 按壽命特性檢修軸承

針對HXD1B型機車軸箱軸承較低疲勞壽命集中在50萬走行公里的規(guī)律，應確保HXD1B型機車在走行接近50萬km時進入高級修程，對軸箱軸承拆解檢修，通過咨詢檢查軸承外觀和進行專業(yè)精密檢測，及時發(fā)現(xiàn)并處理有疲勞跡象的軸承。

5.5 合理使用機車

按設計用途，應讓HXD1B型機車牽引貨物列車，不要擔當速度較快的客車、臨客牽引任務。

參考文獻：

[1] 翟啟斌.HXD1B型電力機車故障分析與對策[J].機車電傳動，2010，（3）.

[2] 張宗峰，王元珠.鐵路機車軸箱軸承故障統(tǒng)計與分析[J].內(nèi)燃機車，2013，（2）.