客車轉(zhuǎn)向架軸承常見(jiàn)故障分析

郭常鵬+劉坤+齊欣雨

摘 要：軸承是客車車輛不可缺少的重要走行部件，在鐵路客車高速運(yùn)營(yíng)的條件下，轉(zhuǎn)向架軸承一旦發(fā)生故障，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致熱軸、燃軸等事故的發(fā)生。對(duì)軸承故障的原因分析可以減少或杜絕事故的發(fā)生，以保證安全、可靠、有效、經(jīng)濟(jì)的完成旅客的運(yùn)輸任務(wù)，對(duì)鐵路客車的安全運(yùn)行具有重大意義。本文通過(guò)對(duì)客車軸承常見(jiàn)故障的跟蹤檢查，對(duì)故障發(fā)生原因進(jìn)行了分析，以期更好的提高轉(zhuǎn)向架軸承的穩(wěn)定使用，確保客車運(yùn)行的順利有序。

關(guān)鍵詞：客車轉(zhuǎn)向架；滾動(dòng)軸承；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.010

0 引言

鐵路客車是我國(guó)軌道交通的主力軍，它承載著乘客的生命與安全。隨著鐵路客車不斷的提速以及車輛使用率的提高， 車輛在運(yùn)用中出現(xiàn)的車輛故障也日益突出，特別是軸承故障的大幅度增加。車輛在運(yùn)行中，受速度、交路、線路運(yùn)行條件的影響，軸承零部件會(huì)發(fā)生磨耗、松弛、變形、銹蝕、裂損等故障，因此，對(duì)軸承故障的分析有助于減少或杜絕事故的發(fā)生，最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力[1]。

1 客車轉(zhuǎn)向架軸承的結(jié)構(gòu)

客車轉(zhuǎn)向架軸承包括四部分：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架。

軸承內(nèi)圈與軸固定在一起，軸帶動(dòng)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)；軸承外圈與軸箱固定在一起起支撐作用。

滾動(dòng)體為滾動(dòng)軸承中的關(guān)鍵零件，它處于內(nèi)、外圈工作面中間，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。

保持架將軸承中的滾動(dòng)體均勻分布，主要對(duì)滾動(dòng)體起保持作用，避免滾動(dòng)體偏離正確的滾道，同時(shí)使軸承潤(rùn)滑性能和內(nèi)部載荷分配得到改善[2]。

2 客車轉(zhuǎn)向架軸承的故障型式

軸承故障有六種主要的損傷/故障形態(tài)，分別為：疲勞、磨損、腐蝕、電蝕、塑性變形、斷裂或開(kāi)裂，這些分類主要以滾動(dòng)體接觸面以及其它功能表面上可見(jiàn)的特征以及區(qū)別各種損傷/故障原理的特征為基礎(chǔ)。大部分軸承損傷都與這六種主要形態(tài)及其子形態(tài)有關(guān)。

2.1 疲勞

疲勞是指因滾動(dòng)體和滾道接觸面產(chǎn)生的周期性循環(huán)接觸應(yīng)力而導(dǎo)致材料組織發(fā)生變化。通常，疲勞表現(xiàn)為剝離或者脫落，即材料裂紋。

（1）次表面疲勞。在周期性循環(huán)應(yīng)力的作用下，材料會(huì)發(fā)生疲勞，滾道表面內(nèi)部會(huì)因結(jié)構(gòu)變化并產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)這些裂紋發(fā)展到表面時(shí)，材料便會(huì)變得松弛并剝落。如果軸承工作條件異常，軸承的某些區(qū)域便會(huì)過(guò)載，從而導(dǎo)致早期疲勞。還有軸承材質(zhì)不純凈，夾雜氧化物等雜質(zhì)時(shí)，導(dǎo)致軸承疲勞。

預(yù)防措施：

·檢查軸頸、軸箱是否符合要求；

·檢查載荷條件。

（2）表面疲勞。表面疲勞通常由于潤(rùn)滑不足導(dǎo)致。如果潤(rùn)滑脂量或者潤(rùn)滑脂的選擇不當(dāng)，或者潤(rùn)滑脂被污染，軸承產(chǎn)生微剝落并逐漸擴(kuò)展成較大的碎片。最后，承載區(qū)周圍以及旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上會(huì)形成完全剝落或磨損。

預(yù)防措施：

· 檢查潤(rùn)滑脂是否合適；

· 檢查潤(rùn)滑脂量是否足夠；

· 檢查密封狀態(tài)是否有效。

2.2 磨損

磨損是指，因兩個(gè)滑動(dòng)面或者滑動(dòng)—滾動(dòng)接觸面在工作中的相互作用造成材料逐漸被磨除。

（1）磨粒磨損。磨粒磨損是指材料逐漸被磨除。這種磨損主要由于潤(rùn)滑不足所致，滾道、滾動(dòng)體和保持架都會(huì)因?yàn)槟ズ亩軗p。通常情況下，磨耗磨損的速度會(huì)越來(lái)越快，因?yàn)槟p顆粒會(huì)進(jìn)一步降低潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑性能，從而破壞軸承的微觀結(jié)構(gòu)。

軸承在使用的過(guò)程中，軸承部件表面鏡面磨光的磨損是可以接受的。如果磨損導(dǎo)致軸承工作表面產(chǎn)生指甲能夠感覺(jué)到或其它試驗(yàn)探棒能夠探測(cè)到的有脊磨痕，則該軸承應(yīng)報(bào)廢處理。

預(yù)防措施：

·檢查密封件性能，是否有污染顆粒侵入。

·檢查潤(rùn)滑脂中是否有雜質(zhì)。

（2）粘著磨損。粘著磨損通常是指，一個(gè)表面的材料因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的熱量（有時(shí)是因?yàn)楸砻婊鼗鸹蚨斡不┺D(zhuǎn)移到了另一個(gè)表面上。粘著磨損會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中和接觸面剝落，通常是由于潤(rùn)滑不足所致。

如果軸承的粘著磨損部位有觸感，或可通過(guò)指甲滑過(guò)損傷面感覺(jué)到，該軸承應(yīng)報(bào)廢處理。

預(yù)防措施：

· 檢查潤(rùn)滑脂是否合適；

· 檢查潤(rùn)滑脂量是否足夠；

· 檢查密封是否有效。

2.3 腐蝕

（1）潮濕腐蝕。如果水或者腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，致使?jié)櫥荒軐?duì)軸承表面提供充分的保護(hù)，便會(huì)引起軸承零部件銹蝕。滾道上會(huì)形成深灰色的條狀痕跡。軸承在靜止?fàn)顟B(tài)下腐蝕的可能性最高。

如果軸承部件的腐蝕性損傷能夠用指甲感覺(jué)到，該軸承應(yīng)報(bào)廢處理。軸承部件表面的污跡如果能夠細(xì)砂紙磨掉，則該軸承可繼續(xù)使用。

預(yù)防措施：

·檢查密封條件，并使用合適的潤(rùn)滑脂。

（2）摩擦腐蝕。摩擦腐蝕是在特定的條件下，軸承內(nèi)接觸表面之間的相對(duì)微觀運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)。通常，軸承會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而產(chǎn)生摩擦腐蝕或磨損。

（3）蠕動(dòng)腐蝕。當(dāng)軸承內(nèi)外圈與軸或軸箱之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果配合太松或者不精確，便會(huì)產(chǎn)生蠕動(dòng)腐蝕，相對(duì)運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致小顆粒從表面脫離。蠕動(dòng)腐蝕使軸承圈不能被均勻地支撐，從而影響軸承內(nèi)的載荷分布，這種情況主要發(fā)生在軸承外圈的外表面。

2.4 電蝕

（1）過(guò)電壓。當(dāng)電流穿過(guò)軸承時(shí)，即通過(guò)滾動(dòng)體從一個(gè)軸承圈流到另一個(gè)軸承圈時(shí)，接觸面材料會(huì)被加熱到回火溫度至熔化溫度，導(dǎo)致出現(xiàn)各種大小的變色區(qū)域。如果材料被熔化，會(huì)形成放電痕，滾道和滾動(dòng)體上出現(xiàn)局部灼痕。

預(yù)防措施：

·確保接地回流裝置（電刷）工作正常

·焊接作業(yè)時(shí)，確保接地正確。

（2）過(guò)電流。當(dāng)電流連續(xù)經(jīng)過(guò)工作中的軸承時(shí)，即使電流強(qiáng)度不高，滾道表面也會(huì)受熱量影響并且被腐蝕，并形成細(xì)微的放電痕。與過(guò)電壓造成的損傷相比，其直徑較小。損傷程度取決于以下幾個(gè)因素：電流強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、軸承載荷、速度和潤(rùn)滑脂。除軸承損傷之外，損傷區(qū)域附近的潤(rùn)滑脂會(huì)碳化，最終導(dǎo)致潤(rùn)滑不良以及表面疲勞和剝落。

2.5 塑性變形

（1）過(guò)載。過(guò)載由靜載荷或沖擊載荷引起，會(huì)產(chǎn)生塑性變形。過(guò)載的主要根源在于安裝不正確（滾動(dòng)體受到力）或者保持架、軸承圈、滾動(dòng)體或密封件受到外力擊打。（2）雜質(zhì)壓痕。當(dāng)雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)并且被滾動(dòng)體壓到滾道上時(shí)，會(huì)形成凹痕。嚴(yán)重凹痕造成的塑性變形會(huì)會(huì)導(dǎo)致疲勞，當(dāng)疲勞達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)早剝落。

2.6 斷裂或開(kāi)裂

（1）局部過(guò)載破裂。應(yīng)力集中且超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度會(huì)造成受壓破裂。產(chǎn)生此問(wèn)題的主要原因是安裝或拆卸軸承時(shí)處理不當(dāng)。

（2）疲勞斷裂。應(yīng)力循環(huán)超過(guò)疲勞強(qiáng)度時(shí)，會(huì)造成疲勞破裂。裂紋一旦產(chǎn)生，便會(huì)逐漸發(fā)展，最終導(dǎo)致軸承圈或保持架破裂。

（3）熱裂。軸承內(nèi)外圈因滑動(dòng)產(chǎn)生過(guò)高摩擦熱量時(shí)，會(huì)造成受熱破裂，裂紋通常與接觸面的運(yùn)動(dòng)方向垂直。軸端壓板或軸箱蓋緊固不當(dāng)時(shí)，會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。

3 軸承在運(yùn)用中發(fā)熱的原因

軸箱軸承的主要熱源為：滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道之間的摩擦；保持架與外圈引導(dǎo)面之間的摩擦；滾子與保持架兜孔之間的摩擦；滾子端面與擋邊之間的摩擦；潤(rùn)滑脂的黏性摩擦。由此可知熱源是由于各部件之間的摩擦引起的，軸承工作時(shí)產(chǎn)生摩擦，摩擦生成熱量，最終引起軸承溫度的升高。

軸承在運(yùn)用中造成發(fā)熱有以下幾個(gè)方面的原因。

（1）油脂過(guò)多。若油脂填加過(guò)多，不僅無(wú)利，反而使軸承內(nèi)部發(fā)生過(guò)多的摩擦和攪拌熱，使軸承發(fā)熱。

（2）油脂缺少或變質(zhì)。由于油脂缺少或變質(zhì)， 軸承潤(rùn)滑狀態(tài)不良，也會(huì)使軸承發(fā)熱。

（3）軸承軸向游隙過(guò)小。軸承軸向游隙過(guò)小，將增加摩擦，使軸承發(fā)熱，甚至導(dǎo)致滾子卡死引起事故。若游隙過(guò)大，則會(huì)使軸承局部負(fù)荷加大，縮短其使用壽命[3]。

（4）軸承內(nèi)混有雜質(zhì)。當(dāng)軸承清洗不干凈，潤(rùn)滑脂內(nèi)混有雜質(zhì)，密封不良而導(dǎo)致異物進(jìn)入等，均可導(dǎo)致軸承發(fā)熱。

（5）軸承內(nèi)部損壞。當(dāng)軸承內(nèi)外滾道破裂、剝離、軸承內(nèi)外圈、滾子或保持架裂紋或破碎時(shí)，軸承將發(fā)熱。

（6）轉(zhuǎn)向架狀態(tài)不良。當(dāng)轉(zhuǎn)向架組裝不正位或變形時(shí)，也會(huì)造成軸承受力不均而發(fā)熱。

（7）車輛中的車輪擦傷、剝離故障。車輪踏面擦傷、剝離后，增加軸承沖擊振動(dòng)，產(chǎn)生過(guò)熱。

4 結(jié)論

軸承狀態(tài)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到行車安全，對(duì)車輛的運(yùn)行品質(zhì)有很大影響。本文主要以軸承滾動(dòng)體接觸面以及其表面上可見(jiàn)的特征以及區(qū)別各種損傷/故障原理的特征為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)軸承常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，對(duì)更好的提高轉(zhuǎn)向架軸承的穩(wěn)定使用，減少軸承故障，提高鐵路車輛的安全運(yùn)行水平，確保車輛安全平穩(wěn)運(yùn)行做出必要的努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙曉玲.滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)檢測(cè)方法[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9（01）：41-44.

[2]趙治博.地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷方法研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

[3]李修嶺.貨車滾動(dòng)軸承熱軸故障分析及解決措施[J].甘肅科技，2015.

作者簡(jiǎn)介：郭常鵬（1987-），男，甘肅金昌人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事鐵路交通裝備轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)的研究。