高速列車軸箱軸承選型分析計(jì)算

鮑廷義 成軍強(qiáng)

摘要：為統(tǒng)一高速列車軸箱軸承的類型及接口尺寸，通過對(duì)不同高速列車軸箱軸承選型情況進(jìn)行分析，根據(jù)SKF軸承計(jì)算方法，對(duì)三種不同滾子配置形式和接口尺寸的軸承進(jìn)行額定壽命計(jì)算。結(jié)果表明，外徑為240 mm的圓柱滾子軸承單元是高速列車軸箱用軸承的理想選擇。

關(guān)鍵詞：軸箱;軸承;高速列車;潤滑;選型

0? ? 引言

軸箱軸承作為轉(zhuǎn)向架中的重要零部件，它的性能優(yōu)劣直接影響到轉(zhuǎn)向架及車輛的安全性和平穩(wěn)性[1]。

但由于我國現(xiàn)有各型號(hào)動(dòng)車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，軸承的類型及接口尺寸也各有不同，無法互通互換，給生產(chǎn)制造和維護(hù)檢修帶來諸多不便。

因此，本文對(duì)高速列車不同配置形式和接口尺寸軸箱軸承的選型進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算，探討統(tǒng)一軸承接口尺寸、減少輪對(duì)軸箱軸承種類的可行性。

1? ? 現(xiàn)有高鐵軸箱軸承選型情況

我國高鐵技術(shù)發(fā)展初期，經(jīng)過引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，形成了CRH1（China railway high-speed，簡稱CRH）、CRH2、CRH3和CRH5型共4套“和諧號(hào)”動(dòng)車組技術(shù)體系。

2012年，由中國鐵路總公司主導(dǎo)，中國鐵道科學(xué)研究院技術(shù)牽頭，中車所屬企業(yè)設(shè)計(jì)制造，開展了中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組設(shè)計(jì)研制工作，逐步研制生產(chǎn)了覆蓋全速度系列的CR200（CR為China railway的英文縮寫、“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組列車的英文代號(hào)）、CR300和CR400系列“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組列車，分別對(duì)應(yīng)160 km/h、250 km/h和350 km/h三種持續(xù)時(shí)速等級(jí)。

目前，250 km/h速度等級(jí)以上主要車型選用的軸箱軸承如表1所示。

從表1可知，250 km/h速度等級(jí)的動(dòng)車組均采用外徑接口尺寸為230 mm的圓錐滾子軸承單元;而350 km/h速度等級(jí)的動(dòng)車組，接口尺寸則統(tǒng)一為外徑240 mm，圓錐和圓柱滾子軸承均有使用。

2? ? 選型分析

高速列車軸箱軸承的結(jié)構(gòu)選擇，因速度的影響，受到一定的限制，主要采用圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承兩種結(jié)構(gòu)。一般在相同截面內(nèi)的情況下，由于前者更容易采用較大規(guī)格的滾動(dòng)體，其載荷容量也更高。同時(shí)，由于前者結(jié)構(gòu)簡單、具有可分離性，因此更易獲得較高的制造精度，易于拆解和組裝，方便軸承的檢修和維護(hù)[3]。

在時(shí)速200～230 km的情況下，兩種結(jié)構(gòu)形式的軸承都取得了較為成功的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，大量的研究工作也表明，兩者在性能上無明顯差異，基本相同。

但隨著運(yùn)行速度的提高，圓錐滾子軸承由于“泵吸效應(yīng)”，易出現(xiàn)漏油的情況，影響潤滑性能。

因此，相對(duì)于圓錐滾子軸承，圓柱滾子軸承具有更高的密封可靠性[2-3]。

另外，隨著軸承技術(shù)的發(fā)展，近年來圓柱滾子軸承內(nèi)部采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及表面處理，滾子和滾道間修正的線性接觸避免了邊緣應(yīng)力，在進(jìn)一步提高潤滑性能的同時(shí)，減小了滾子與擋邊之間的滑動(dòng)摩擦，降低了工作溫度，使軸承在應(yīng)用中特別適合承受很高的徑向載荷，同時(shí)也能夠承受部分軸向載荷。

軸承選型時(shí)除了不同的滾子結(jié)構(gòu)配置形式之外，還有接口尺寸問題，主要根據(jù)車軸直徑分為230 mm和240 mm兩種。

目前，我國高鐵動(dòng)車組軸承主要從國外引進(jìn)，以CRH2系列（包括CRH380A）為例，軸箱軸承的主要配套生產(chǎn)廠家為日本NTN和NSK集團(tuán)。其中，CRH2與轉(zhuǎn)向架有關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

3? ? 軸承壽命校核計(jì)算

本文同時(shí)選用NTN生產(chǎn)的型號(hào)為L552S17的雙列圓錐軸承單元[4]（以下簡稱CRT）和NSK生產(chǎn)的型號(hào)為130JRF05、130JRF03A的雙列圓柱軸箱軸承[5]（以下分別簡稱RCC05、RCC03A）進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。

三種軸承的外徑接口尺寸等主要參數(shù)如表3所示。

參考《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命》GB/T 6391—2010/ISO 281：2007有關(guān)滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷和額定壽命計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)SKF軸承計(jì)算方法[6]，以CRH2動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行壽命校核計(jì)算。

其中，軸箱載荷、軸承載荷和軸承壽命計(jì)算過程及結(jié)果分別如表4、表5、表6所示。

從表6軸承壽命校核計(jì)算結(jié)果可以看出，軸承外徑接口尺寸同為230 mm的圓錐與圓柱滾子軸承的額定使用壽命分別達(dá)到390萬km和370萬km，都滿足240萬km的使用要求，且數(shù)據(jù)相差不大。而外徑接口尺寸為240 mm的圓柱滾子軸承的額定使用壽命達(dá)到410萬km，優(yōu)于前兩種。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，在相同截面尺寸下，圓柱滾子軸承在載荷容量、制造精度、潤滑和密封性能以及安裝維護(hù)等方面均優(yōu)于圓錐滾子軸承，額定使用壽命相當(dāng);而外徑為240 mm接口尺寸的圓柱滾子軸承額定使用壽命高于230 mm接口尺寸的圓錐和同類型圓柱滾子配置軸承。

因此，高速列車軸箱軸承統(tǒng)一采用外徑接口尺寸為240 mm的圓柱滾子軸承單元具有可行性，這一結(jié)論在250 km/h速度等級(jí)動(dòng)車組上有待裝車試驗(yàn)驗(yàn)證。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 梁云，夏春晶.高速客車轉(zhuǎn)向架軸箱軸承選型設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2015（7）：1-4.

[2] 張?jiān)讫?，姜斌，許紅江，等.250 km/h標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組軸箱軸承選型方案分析[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2019（6）：38-40.

[3] 董漢杰，蘇力樾.準(zhǔn)高速鐵路客車軸承的選型分析[J].軸承，1998（7）：11-15.

[4] 郭小兵.高速列車車軸-軸承過盈配合面力學(xué)特性及其損傷分析[D].南昌：華東交通大學(xué)，2016.

[5] NSK.滾動(dòng)軸承技術(shù)手冊[Z]，2008.

[6] SKF.鐵路技術(shù)手冊[Z]，2012.

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：鮑廷義（1981—），男，河南南陽人，講師，研究方向：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法。