HXD3 系列電力機(jī)車軸箱軸承檢修及運(yùn)用數(shù)據(jù)分析

尹光哲

（中國中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

1 結(jié)構(gòu)介紹

和諧3 系列電力機(jī)車軸箱軸承均為具有密封結(jié)構(gòu)的圓柱滾子軸承，按廠家分為FAG 軸承和SKF 軸承兩種，按其安裝位置分為兩種型號：端軸軸箱軸承和中間軸軸箱軸承，端軸軸箱軸承橫動(dòng)量為0.3 ～0.6mm，中間軸軸箱軸承橫動(dòng)量有20mm 或30mm 兩種，其作用是機(jī)車通過曲線時(shí)，為中間軸提供一定的橫向位移量，保證3 軸轉(zhuǎn)向架的曲線通過能力。軸箱軸承結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 軸箱軸承結(jié)構(gòu)示意圖

2 軸箱軸承檢修工藝

檢修軸承可靠性是指檢修軸承裝車使用后在其使用期內(nèi)的可用性、故障率等指標(biāo)。檢修軸承可靠性的高低，取決于檢修工藝是否正確以及執(zhí)行是否符合規(guī)定，在各項(xiàng)工作符合要求的前提下，檢修軸承的可靠性與新品軸承相當(dāng)。

HXD3 系列軸箱軸承在檢修工藝開發(fā)階段，參照TJ/JW 034-2014《交流傳動(dòng)機(jī)車轉(zhuǎn)向架滾動(dòng)軸承暫行技術(shù)條件》及TB/T 3000-2000《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的熱試驗(yàn)方法》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別在結(jié)構(gòu)尺寸、材料、疲勞檢測等方面進(jìn)行全面研究，制定了詳細(xì)的工藝方法和檢修標(biāo)準(zhǔn)：檢修軸承的接口尺寸完全與新品軸承一致；檢修軸承內(nèi)、外圈及滾子的材料、金相等檢驗(yàn)與新品軸承一致；檢修軸承通過臺架熱性能試驗(yàn)；經(jīng)裝車運(yùn)用考核，溫升和振動(dòng)檢測參數(shù)與新品軸承相當(dāng)。

軸箱軸承檢修工藝簡要過程為：拆除密封罩→脫脂、清洗→外圈外表面打磨除銹→拆卸軸承內(nèi)圈、平擋圈→外圈滾子組分解→二次清洗→一次磁粉探傷→退磁、三次清洗→軸承零件外觀檢查、尺寸檢測、組裝→二次退磁→殘磁檢測、四次清洗→注脂、勻脂→刻印間隙標(biāo)識→包裝。

3 軸承計(jì)算與檢修情況對比分析

3.1 軸箱軸承計(jì)算

以25t 軸重貨運(yùn)機(jī)車為模型，依據(jù)GB/T 6391-2010《滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷和額定壽命》對軸箱軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算。

已知參數(shù)詳見表1。

根據(jù)以上參數(shù)及GB/T 6391-2010《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命》相關(guān)技術(shù)公司，可計(jì)算出：

徑向額定動(dòng)載荷Cr=1080kN

當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷Pr=144.06kN

表1 軸承壽命計(jì)算參數(shù)

3.2 檢修軸承報(bào)廢情況

以2016 至2018 年檢修的軸箱軸承作為樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，3 年共計(jì)檢修軸承18807 套，檢修合格數(shù)量15011 套，報(bào)廢數(shù)量3796 套，檢修報(bào)廢率20.18%。軸箱軸承檢修由兩家具有專業(yè)檢修能力的公司完成，檢修報(bào)廢率有所不同，兩個(gè)廠家用A、B 公司代表，對軸承檢修數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)說明如下：

A 公司檢修軸承數(shù)量統(tǒng)計(jì)詳見表2，軸承報(bào)廢原因及比例詳見圖2。

從圖2 中可以看出，外圈擋邊擦傷、內(nèi)圈滾道麻點(diǎn)、外圈滾道麻點(diǎn)等3 種原因?qū)е螺S承報(bào)廢的主要原因，比例占48%。另外，外圈滾道銹蝕、內(nèi)圈滾道銹蝕等2 種原因?qū)е螺S承報(bào)廢的比例為10%。

圖2 A 公司檢修的軸箱軸承報(bào)廢原因分析

B 公司檢修軸承數(shù)量統(tǒng)計(jì)詳見表3，軸承報(bào)廢原因及比例詳見圖3。

圖3 B 公司檢修的軸箱軸承報(bào)廢原因分析

從圖3 中可以看出，外圈擋邊擦傷、外圈滾道面碎屑壓痕、內(nèi)圈滾道面剝離、內(nèi)圈滾道面疲勞、內(nèi)圈滾道面碎屑壓痕等致使原因?qū)е螺S承報(bào)廢的比例占58%。另外，經(jīng)過二次2 年檢的機(jī)車軸箱軸承報(bào)廢率達(dá)到了12%，需額外進(jìn)行分析研究。

從上述不同軸承檢修企業(yè)檢修的不同型號軸承的數(shù)據(jù)分析，可以得出兩個(gè)結(jié)論：一是中間軸軸承的檢修報(bào)廢率高于端軸軸承；二是軸承滾道剝離、擋邊擦傷、滾道麻點(diǎn)等是軸承軸承報(bào)廢的主要原因，占比達(dá)到50%左右。

4 軸承運(yùn)用故障情況統(tǒng)計(jì)

4.1 故障數(shù)量及比例

以HXD3、HXD3C 型機(jī)車為例，對檢修軸承的故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在機(jī)車運(yùn)行過程中，如軸箱軸承出現(xiàn)故障情況，車載走行部軸承監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，驅(qū)動(dòng)裝置返廠拆解檢測，查找原因，截至目前，A、B 兩家公司檢修的軸箱軸承出現(xiàn)報(bào)警的數(shù)量為39 起，其中A 公司為34 起，B 公司為5 起。2016-2018 年期間，A 公司檢修的軸箱軸承裝車數(shù)量為9420套，B 公司檢修的軸箱軸承裝車數(shù)量為5591 套，可計(jì)算出，檢修軸承運(yùn)用故障率為39/15011=0.26%，A 公司檢修軸箱軸承裝車后的故障發(fā)生率為0.361%，B 公司檢修軸箱軸承裝車后的故障發(fā)生率為0.089%。如圖4 所示。

4.2 故障時(shí)走行公里數(shù)

同樣以A、B 公司檢修的HXD3/HXD3C 機(jī)車軸箱軸承進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2016 ～2018 年軸箱軸承故障數(shù)量為39 起，其中，走行公里數(shù)＜90 萬km 的2 起，占故障總數(shù)的5%，占軸承總量的0.01%；走行公里數(shù)在90 ～120 萬km 之間的5 起，占故障總數(shù)13%，占軸承總量的0.03%；走行公里數(shù)在120 ～150萬km 的24 起，占故障總數(shù)24.62%，占軸承總數(shù)的0.17%；走行公里數(shù)在150 ～180 萬km 的8 起，占故障總數(shù)20%，占軸承總數(shù)的0.03%。

表2 2016 ～2018 年A 公司軸箱軸承檢修統(tǒng)計(jì)表（單位：套）

表3 2016 ～2018 年B 公司軸箱軸承檢修統(tǒng)計(jì)表（單位：套）

圖4 2016 ～2018 年 A、B 公司檢修軸承梳理及故障統(tǒng)計(jì)

圖5 2016 ～2018 年 HXD3/HXD3C 軸箱軸承故障驅(qū)動(dòng)裝置走行公里數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

4.3 軸承運(yùn)用故障率

根據(jù)GB/T 6391-2010《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命》對軸承可靠度壽命進(jìn)行修正，修正后的公里數(shù)詳見表4。

表4 軸承可靠度壽命修正計(jì)算值

檢修軸承實(shí)際運(yùn)用的可靠度與理論計(jì)算可靠度進(jìn)行對比：走行公里數(shù)在90 ～120 萬km（平均檢修后走行公里數(shù)約20 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.03%，檢修軸承可靠度為99.97%，高于可靠度壽命計(jì)算值99.9%對應(yīng)的公里數(shù)28.9 萬km；走行公里數(shù)在120 ～150 萬km（平均檢修后走行公里數(shù)約40 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.17%，檢修軸承可靠度為99.83%，高于可靠度壽命計(jì)算值99.6%對應(yīng)的公里數(shù)49.7 萬km；走行公里數(shù)在150 ～180 萬km（平均檢修后走行公里數(shù)約70 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.03%，檢修軸承可靠度為99.97%，高于可靠度壽命計(jì)算值99%,對應(yīng)的公里數(shù)77.7 萬km。

5 結(jié)語

通過對軸承檢修數(shù)量及故障情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得出以下結(jié)論。

（1）檢修軸承的運(yùn)用可靠度高于理論計(jì)算值，說明HXD3 系列機(jī)車軸箱軸承檢修工藝可行，檢修質(zhì)量可靠。

（2）A 公司的軸承檢修報(bào)廢率為17.4%，B 公司的軸承檢修報(bào)廢率為24.54%。

（3）A 公司檢修軸承的故障率為0.361%，B 公司檢修軸承的故障率為0.089%。

（4）B 公司的故障發(fā)生率為A 公司的故障發(fā)生率的1/4，由此可見，軸承故障率與軸承檢修報(bào)廢率存在一定關(guān)聯(lián)關(guān)系，檢修報(bào)廢率越高，軸承在運(yùn)用階段的故障率就會相對低些。

結(jié)合目前軸箱軸承的檢修工藝及故障情況，為進(jìn)一步提升檢修軸承的運(yùn)用可靠性，減少故障率，對和諧3 系列電力機(jī)車軸箱軸承的檢修工藝，進(jìn)一步完善，可采取以下措施。

（1）將和諧3 系列電力機(jī)車軸箱軸承的檢修報(bào)廢率控制在30%～35%之間。

（2）在現(xiàn)行“檢修軸承時(shí)，內(nèi)、外圈要成套使用，不允許互換修”的基礎(chǔ)上增加為“檢修軸承時(shí)，內(nèi)、外圈、滾子及保持架要成套使用，不允許互換修”。

（3）增加滾子順位的要求“檢修軸承時(shí)，要確保滾子序列不發(fā)生變化，并保證滾子與保持架的位置與原新造軸承時(shí)的位置一致”。

（4）在現(xiàn)行“對軸承內(nèi)、外圈及滾子磁粉探傷”的基礎(chǔ)上，增加為“對軸承內(nèi)、外圈及滾子進(jìn)行磁粉和超聲波探傷檢測?！?/p>