國內地鐵車輛軸箱軸承統(tǒng)型思考

劉文勝 汪曙俊 劉婧茹 文婧

摘 ?要：隨著城市規(guī)模的擴大帶來的交通擁堵問題日漸突出，一線城市率先建設了城市地鐵網，針對地鐵車輛軸箱軸承的工況條件和使用要求，從結構、材料、性能等多方面進行了詳細的分析，提出該軸承的統(tǒng)型的建議，建議采用整體式密封軸承。

關鍵詞：地鐵車輛;車輛軸箱軸承;統(tǒng)型建議

中圖分類號：U270 ? 文獻標志碼：A

0 ?引言

改革開放后，隨著城市規(guī)模的擴大帶來的交通擁堵問題日漸突出，國內一線城市率先開始建設城市地鐵網，同時引入了一批當時國際先進的地鐵車輛及技術，然后在消化、吸收和再創(chuàng)新的基礎上，逐步形成符合中國地域特色的地鐵車輛制造技術，車輛制造所用的絕大部分零部件也實現(xiàn)國產化[1]。由于引進技術、國產地鐵車輛制造商和車輛業(yè)主需求的不同，導致這些車輛中所用的許多相同功能零部件不能通用，從而限制了制造商和業(yè)主的選擇權和采購渠道，增加了采購成本和采購周期，給制造商和業(yè)主帶來不便。

同樣，受各種因素制約，車輛軸箱軸承（以下簡稱軸承）是地鐵車輛中極少數(shù)未實現(xiàn)國產化，且供應商和規(guī)格眾多的零部件之一[2]。目前，國內新造軸承的供應商全被SKF、FAG、NSK和TIMKEN等國外制造商瓜分，甚至一個供應商在相同規(guī)格車輛上供應數(shù)種結構的軸承。為此，國家有關部門將《系列化中國標準地鐵列車研制及試驗》列入國家重大技術裝備攻關工程項目進行攻關，攻關項目中包含軸承的統(tǒng)一規(guī)格和結構（簡稱統(tǒng)型）的課題。

1 軸箱軸承的基本結構

目前，國內地鐵軸箱軸承按輪對車軸軸頸尺寸分，有直徑120 mm和130 mm 2種;按軸承結構分有雙列圓錐滾子軸承（圖1）和雙列圓柱滾子軸承（圖2）2種類型，其中，圓柱滾子軸承又有密封式和開式兩種結構;在軸承密封結構中又有軸承自帶密封和與軸箱零件相配合后密封2種形式;按密封類型分又包括接觸式和非接觸式。

上述軸承從國內運營效果看，均能滿足現(xiàn)行地鐵車輛、線路、運行速度、使用壽命及可靠性的要求。

2 軸承統(tǒng)型的基本原則

我們認為，在滿足現(xiàn)有地鐵車輛運營條件下軸承統(tǒng)型應遵循4個原則。1）有利于車輛的運營安全和軸承使用質量的穩(wěn)定/提高。 2）有利于軸承/軸箱結構的簡化和軸承/軸箱安裝/退卸方便。3）有利于軸承先進、成熟制造技術的產業(yè)化。4）有利于軸承制造和維修成本的降低。

3 軸承統(tǒng)型的建議

3.1 對130 mm軸頸軸承的建議

從國內地鐵線路曲線較多及圓錐滾子軸承承受軸向載荷能力較強考慮，圓錐滾子軸承相對圓柱滾子軸承有相對優(yōu)勢。因此，建議采用雙列圓錐滾子軸承結構[3]。

從軸承一定運行周期內免維護角度和安裝退卸簡便考慮，應采用密封結構。那么，對現(xiàn)有密封式雙列圓錐滾子軸承，我們建議采用圖1結構3，選用理由有3個。

3.1.1 軸承結構緊湊重量輕

圖1結構3軸承屬于緊湊型軸承，軸承軸向寬度尺寸短，相對應的軸頸/軸箱尺寸也可以縮短，這對減少軸頸的變型（撓度）和車輛振動有利，以及減少軸承內圈大端面磨損有利。

另外，在相同內徑尺寸下，結構3軸承的重量較其他結構軸承輕量，這有利于減輕車輛簧下重量，實現(xiàn)輕量化有利。

3.1.2 軸承/軸箱結構簡單

圖1結構3軸承沒有多余的零件，軸承和密封裝置自成一體，簡約的結構使軸箱結構也相應得到簡化[4]。這不僅對軸箱部件的制造、安裝和退卸有利，可以減少作業(yè)的工作量和勞動強度，也可以減少對作業(yè)技能的要求。

3.1.3 軸承密封結構優(yōu)點突出

幾種圓錐滾子軸承的差異主要反映在軸承密封結構中，圖1結構3軸承的密封結構優(yōu)點如下。

圖1結構3軸承是國內消化吸收國際軸承先進技術，并經再創(chuàng)新及運營考驗的結構。相同結構軸承是本世紀初原鐵道部以技術換市場的引進產物，產品已被大量運用于國內鐵路貨車車輛輪軸上，密封結構裝有量近千萬組，不僅制造技術和運用技術相當成熟，且在軸承使用安全性上也相當可靠，故障率極低（十萬分之2左右）。

該結構軸承不僅在鐵路車輛上得到使用，在工程、石油、鋼鐵等機械上也廣泛應用。

軸承兩側密封結構相同且對稱，不僅減少了單套軸承的零件種類，也有利于制造成本和采購成本的降低。

密封結構軸向尺寸小，結構緊湊，密封空間小，在滿足運用的前提下可以減少潤滑脂的使用量，有利于潤滑脂的充分利用，減少潤滑脂運用溫升，并有環(huán)保和降低制造成本等附帶效果。

圖1結構3軸承密封在軸承制造時一次性安裝完成，質量容易保證。而其他結構軸承的密封需要借助于前蓋/壓板/后檔才能完成密封安裝，相對而言，質量保證難度大，且安裝流程多、檢測難度大，要求操作技能高。

3.1.4 軸承國產化和產業(yè)化率高

圖1結構3軸承的所有零件已全部實現(xiàn)國產化，各零件的制造技術相當成熟，供貨渠道和供貨周期暢通。

3.1.5 軸承制造/檢修簡單

結構3軸承結構簡單，零件數(shù)量少，不僅制造/檢修質量容易保證，也使軸承的制造/維修成本低于其他結構軸承。

3.1.6 安裝/退卸方便

圖1結構3軸承和軸箱結構的簡單，帶來軸承安裝/退卸工作量的簡化和便捷。

3.2 對120 mm軸頸軸承的建議

圓柱滾子軸承相對圓錐滾子軸承具有徑向承載能力大、極限速度高、摩擦系數(shù)低、制造/維修簡單以及安裝拆卸方便等優(yōu)點，尤其是套圈擋邊形狀改進后也能承受一定的軸向載荷，因此，完全可以滿足現(xiàn)行地鐵車輛的使用要求[5]。同時，鑒于國內外軌道車輛上圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承共存的悠久歷史和現(xiàn)狀，以及部分車輛業(yè)主對該軸承結構的使用習慣，建議保留圓柱滾子軸承結構，并在軸頸120 mm軸上使用。隨著軸承在一定周期內免維護在軌道車輛的普及應用，以及整體式軸承具有的安裝和退卸簡便性能，為此，建議：在120 mm軸頸上采用輕接觸密封式雙列圓柱滾子軸承（見圖2結構4）。

4 結論

綜上所述，我們建議國內地鐵車輛軸箱軸承統(tǒng)型結構采用。1）130 mm軸頸采用圖1結構3，即整體式密封雙列圓錐滾子軸承。2）120 mm軸頸采用圖2結構4，即整體式密封雙列圓柱滾子軸承。

參考文獻

[1]蓋利森.高速列車軸箱軸承動態(tài)行為研究[D].重慶：西南交通大學，2016.

[2]葉軍.發(fā)展中的軌道交通車輛用軸承[J].軸承，2013（12）：61-65.

[3]李錦紅.地鐵軸承的設計與應用[J].哈爾濱軸承，2001（2）：3-4.

[4]李興林.滾動軸承壽命及可靠性試驗監(jiān)測診斷技術實踐[J].設備管理與維修，2004（s1）：47-50.

[5]黃莉，汪曙俊.地鐵車輛輪對軸承的檢修[J].軸承，2012 （10）：40-42.