貨車滾動軸承外圈剝離故障淺析

呼軍

中圖分類號：U279.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）12-0-01

滾動軸承是車輛輪軸的重要部件，滾動軸承運行品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到車輛的運行安全，因此確定滾動軸承故障仍成為影響鐵路運輸暢通和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。如何科學(xué)地檢查驗收滾動軸承，減少貨車運用中途甩車，防止燃軸、切軸事故的發(fā)生是段修驗收部門的重要公關(guān)課題。

一、滾動軸承外圈剝離故障產(chǎn)生的原因分析：

1.材質(zhì)不良

如果軸承外圈存在材質(zhì)不良等缺陷，車輛運行中由于軸承外圈與承載鞍為動配合狀態(tài)，軸承外圈與承載鞍在一定條件下不均勻蠕動或一般條件下不動，承載鞍相對固定的扣在軸承外圈上面，從金屬材料的破壞理論分析，裂紋、剝離是從材料受力最大的部位萌生，或者在材料受力相同的情況下，從材料強度最薄弱處產(chǎn)生。根據(jù)車輛重量傳到順序：車體（枕梁）——心盤——搖枕——枕簧——側(cè)架、（承載鞍）——軸承——車輪——鋼軌。所以，軸承上部與承載鞍接觸圓弧面部分受壓力最大，軸承外圈滾道上部長時間在循環(huán)轉(zhuǎn)動過程中承受交變應(yīng)力，而軸承滾子與外圈滾道的接觸為線接觸，接觸線上的壓力非常大，軸承在經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)后，特別是經(jīng)過大修后的軸承，如果軸承外圈存在材質(zhì)不良問題，可能會在材質(zhì)不良處發(fā)生材質(zhì)疲勞，繼而形成局部剝離或其他故障。

常用生產(chǎn)貨車滾動軸承的鋼材G20CrNi2MoA滲碳鋼是亞共析鋼；GCr15軸承鋼是過共析鋼，鋼材的冶金質(zhì)量決定軸承鋼的質(zhì)量。其中冶金的兩個主要因素是非金屬夾雜物和碳化物的均勻性與基體強度，它們是影響軸承壽命的重要因素。

1.1夾雜物

a.內(nèi)生夾雜物：主要是冶煉過程中脫氧反應(yīng)的產(chǎn)物，尺寸較小，大部分上浮進入渣中，尚有少部分來不及上浮而殘留在鋼中。其次，鋼液在凝固過程中由于溫度降低，氧和硫在鋼液中溶解度降低，因而不斷從鋼中析出氧化物和硫化物，這些不利物稱內(nèi)生夾雜物。

b.外來夾雜物：主要是冶煉和澆注過程中從原料帶入鋼液中的夾雜物，尺寸較大， 如礦石中的脈石，廢鋼表面的泥砂和鐵銹；爐體、鋼包、出鋼槽等內(nèi)壁剝蝕下來的耐火材料；鋼液混出造成的混渣；出鋼和澆注時鋼液二次氧化等外來原因形成的夾雜物，這些均為外來夾雜物。如果鋼中含有非金屬夾雜物，就可能造成材質(zhì)不良，形成軸承剝離故障。

1.2碳化物的均勻性

碳化物分布及顆粒大小的不均勻性可以視作一種缺陷，碳化物和馬氏體界面易引起應(yīng)力集中，成為裂紋的發(fā)源地。軸承鋼淬火后的組織狀態(tài)直接影響軸承的疲勞壽命。能否獲得良好的淬火回火組織是與鋼廠所提供的退火鋼材中碳化物的均勻程度有很大關(guān)系。因此，為提高軸承鋼的疲勞壽命，不僅需要嚴格控制鋼中的非金屬夾雜物，而且要重視改善碳化物的不均勻性。

1.3鍛造溫度對材質(zhì)的影響

G20CrNi2MoA滲碳鋼是亞共析鋼，始鍛溫度為12450C；GCr15軸承鋼是過共析鋼，其始鍛溫度一般定為1050-11000C。鋼料加熱超過一定溫度時，奧氏體晶粒急劇長大，使機械性能降低，嚴重時，形成過燒。有的過熱缺陷可用二次鍛造或調(diào)質(zhì)、正火來消除；有的則具有頑固性質(zhì)，不能用熱處理來消除。鋼料加熱溫度更高時，高溫的金屬被爐中的氧或其他氧化性氣體滲透到晶粒之間，與鐵、碳、硫等作用，形成了易熔的氧化物的共晶體，它破壞了晶粒之間的聯(lián)系，大大降低了金屬的強度；即使未形成共晶體，也會在晶粒周圍形成脆殼，削弱晶粒間的聯(lián)系，這種金屬在鍛造時一打就會破碎，其斷面晶粒粗大，呈淺灰藍色，這稱之為金屬過燒，過燒的金屬無法挽救。只有嚴格控制爐溫，并不使鋼料在高溫區(qū)的停留時間過長，高質(zhì)量的鍛件才能保證合格的軸承鋼。

2.軸承其它故障的延伸

2.1麻點、零件表面呈分散或群集狀的細小坑點

麻點多為引發(fā)剝離故障的源頭，是微觀或小的剝離。軸承在承重高速運轉(zhuǎn)中，麻點處造成材質(zhì)薄弱環(huán)節(jié)，當軸承轉(zhuǎn)動時滾子與外圈為線接觸，延麻點處邊緣部形成剪切應(yīng)力，而該處邊緣由于工況不良，有時切斷油膜并夾帶有剝離下來的金屬物散布在周圍，使麻點進一步擴展，使軸承產(chǎn)生高溫高熱，有的會產(chǎn)生甩油、缺油，由于麻點的逐漸擴展造成滾子與外圈線接觸的面積變小，接觸面壓強及應(yīng)力增大，促使接觸面再變小，接觸面壓強及應(yīng)力再增大的多次循環(huán)，促使故障逐步發(fā)展就可能形成熱軸—缺油—剝離等。

2.2油脂故障

油脂具有機械安定性、膠體安定性、防腐性、氧化安定性、極壓抗磨性等特性，其分子有頑強的承壓能力、抗磨能力和聚合粘著能力。軸承滾子與滾道的正常作用不能破壞油膜，也就是油膜將滾子和滾道隔離開來，保護滾動面間、滾動體和保持架間、套圈擋邊和滾子間產(chǎn)生的摩擦，同時將運轉(zhuǎn)熱散布到軸承整體，起到散熱作用。油脂故障分為缺油和油脂過盈2種，2種故障的外向特征明顯。缺油時，軸承轉(zhuǎn)動輕松，嚴重缺油者，轉(zhuǎn)動時明顯聽到滾子均勻下落的聲音，由于滾道、滾子缺乏油膜潤滑形成摩擦熱。缺油多發(fā)生在裝車使用的2年以上的軸承上。對這類故障嚴重時由于軸承缺乏油脂潤滑，在滾道與滾子沒有或缺少油膜保護造成軸承干摩擦，可形成軸承高溫或熱軸，使軸承鋼品質(zhì)下降，繼而產(chǎn)生剝離或其它軸承故障。軸承如果在制造、檢修時注油量過大，裝車使用后會因油脂過盈而產(chǎn)生較高運轉(zhuǎn)熱，可能造成甩油。軸承因缺乏油脂潤滑也可形成熱軸、剝離或其它軸承故障。

2.3密封罩、油封松動脫出

由于近年來軸承生產(chǎn)廠范圍擴大，部分軸承廠技術(shù)保障能力不夠，生產(chǎn)的軸承不能適應(yīng)列車提速后的要求，牙口和密封罩配合過盈量產(chǎn)生誤差大，軸承裝車后經(jīng)過高速劇烈振動，極易發(fā)生密封罩、油封等軸承附件松動甚至脫出，軸承就會產(chǎn)生甩油、缺油、混沙混水、油脂變質(zhì)，繼而發(fā)生高熱形成剝離。

3.車輛超載、偏載

車輛在運用過程中會出現(xiàn)超載、偏載，使軸承承受太大負荷，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，在軸承內(nèi)、外圈軌道面上或滾子上的薄弱部位，因負擔(dān)載荷的超載，承擔(dān)非正常條件下循環(huán)應(yīng)力，即可能造成材質(zhì)疲勞，產(chǎn)生麻點或剝離故障。endprint

4.輪對踏面擦傷

車輛輪對踏面擦傷，運行時以較高的頻率對軸承進行動載荷沖擊，其沖擊載荷及破壞力是相當大的，根據(jù)有關(guān)資料介紹，如依車輛運行速度80kmm/h，扁疤長8cm車輪所承受的沖擊力是正常力的4.5倍，這就使輪對產(chǎn)生裂紋、軸承配件損壞的可能性增大。造成軸承內(nèi)最薄弱的部位產(chǎn)生應(yīng)力，軸承零件因材質(zhì)疲勞而形成剝離、斷裂等故障。

二、防范措施及建議

1.加強定檢系統(tǒng)檢修標準化作業(yè)

外觀檢查軸承時，在對軸承進行聽、摸、看檢查的基礎(chǔ)上，對有疑問的故障要抓住“捻、轉(zhuǎn)、診、鑒”這幾個環(huán)節(jié)，認真分析判斷，檢查發(fā)現(xiàn)異音軸承時應(yīng)即時退卸檢修，絕對不能存在僥幸心理和馬虎思想，嚴格執(zhí)行《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》及檢修工藝，加強滾動軸承檢修的清洗、檢測、壓裝過程控制，從嚴掌握檢修限度。

2.加強對高風(fēng)險崗位、高風(fēng)險設(shè)備的控制與管理

認真貫徹鐵道部運輛貨車函〔2012〕92號關(guān)于印發(fā)《全面提高鐵路貨車輪軸造修及運用質(zhì)量措施》的通知和上級文件精神，結(jié)合安全風(fēng)險管理，加強對高風(fēng)險崗位、高風(fēng)險設(shè)備的控制與管理，增強檢修人員責(zé)任感和風(fēng)險意識，提高檢修人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和安全風(fēng)險管理識別和研判能力，實現(xiàn)在過程中控制安全風(fēng)險，達到崗位作業(yè)標準化、管理規(guī)范化的目標。

3.消除踏面故障

當前運用貨車車輪踏面擦傷等故障主要由車輛制動機性能不良、列車空重混編、不同制動機混編、司機的操縱、調(diào)車作業(yè)中的鐵鞋制動、施修不及時等原因形成。因此，應(yīng)提高機車乘務(wù)員的素質(zhì)、車輛統(tǒng)一采用120閥、改善調(diào)車作業(yè)中的制動方式。同時要注意加強車輪踏面技術(shù)狀態(tài)的檢查，對輪對擦傷過限車及時扣修，積極處理制動故障。在車輛裝用過程中不許超載、偏載，嚴格執(zhí)行有關(guān)貨物裝運規(guī)定。

4.改進工藝，提高軸承制造和大修質(zhì)量

提高軸承鋼冶煉、鍛造工藝，把好軸承制造源頭關(guān)，為生產(chǎn)軸承提供合格鋼材，杜絕夾雜鋼材和碳化物不均勻鋼材的使用，禁止鍛造過程的過燒現(xiàn)象發(fā)生。各軸承造修單位要加強對新品密封裝置的尺寸及外觀檢查。密封罩壁厚尺寸等必須符合圖樣要求， 352226X2-2RZ型軸承外油封壓入密封罩后全數(shù)檢驗密封罩牙口配合面變動量，單一徑向平面內(nèi)直徑變動量不應(yīng)超過0.15mm。保證軸承牙口的加工質(zhì)量，各軸承新造單位必須保證軸承牙口部位的加工質(zhì)量，保證軸承牙口部位符合圖樣要求。嚴格控制軸承密封裝置組裝質(zhì)量，軸承造修單位要對軸承外圈牙口配合面尺寸與密封罩配合面逐個檢測，選配組裝。軸承使用單位認真組織復(fù)驗，嚴格控制產(chǎn)品源頭質(zhì)量，把好新造、大修軸承入段（廠）質(zhì)量關(guān)。

參考文獻

[1]《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中國鐵道出版社.2016年endprint