一種新型動(dòng)車組軸承勻脂跑合機(jī)

周海泉，周文錦

(江西奈爾斯西蒙斯赫根賽特中機(jī)有限公司，南昌 330096)

輪對(duì)軸承是保障動(dòng)車組安全、平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，動(dòng)車組每個(gè)軸箱上均安裝有溫度傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)軸承的溫度變化，若溫度異常會(huì)報(bào)警[1]?，F(xiàn)行動(dòng)車組運(yùn)營管理辦法規(guī)定：軸承發(fā)生暖軸報(bào)警后動(dòng)車組需立即停車檢查，在后續(xù)交路中限速200 km/h；軸承發(fā)生熱軸報(bào)警后需立即停車檢查，在后續(xù)交路中限速40 km/h，車輛回所后需拆卸輪對(duì)檢查軸承[2]。若出現(xiàn)誤報(bào)，會(huì)影響動(dòng)車組的正常調(diào)度，甚至可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車組晚點(diǎn)等嚴(yán)重后果。對(duì)軸承異常溫升報(bào)警的故障分析發(fā)現(xiàn)，更換新軸承后初期運(yùn)行時(shí)軸溫偏高，易引發(fā)熱軸報(bào)警故障。這是由于新輪對(duì)軸承中潤滑脂填充量往往大于實(shí)際需求量，運(yùn)轉(zhuǎn)初期多余的潤滑脂會(huì)被逐漸甩離滾道，堆積在保持架上或 軸承護(hù)蓋空腔中[3]。這部分潤滑脂運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生黏滯摩擦，導(dǎo)致軸承溫度迅速上升，該過程也被稱為潤滑脂跑合階段，故大部分新上線軸承的暖軸、熱軸報(bào)警并非軸承故障所致，為誤報(bào)。

為避免該情況出現(xiàn)，在高級(jí)修或臨修更換新軸承后會(huì)先用段內(nèi)勻脂跑合機(jī)對(duì)新軸承進(jìn)行勻脂跑合。動(dòng)車組軸箱軸承均采用機(jī)器注脂，空間有限,無法使?jié)櫥鶆蚍植?，需要跑合較長時(shí)間才能使?jié)櫥植季鶆騕4]。現(xiàn)有勻脂跑合機(jī)存在能耗高，安全性差，跑合轉(zhuǎn)速低等問題，勻脂效果不理想，經(jīng)勻脂機(jī)跑合后還需上線空車往返行駛近300 km進(jìn)行線上勻脂跑合，即便高級(jí)修只更換一兩套軸承也需按此步驟進(jìn)行勻脂跑合。這不僅占用了線路及動(dòng)車組，導(dǎo)致運(yùn)營成本上升，還不能保證投入使用時(shí)已完成軸承勻脂，仍可能在運(yùn)行初期出現(xiàn)軸溫異常報(bào)警現(xiàn)象[2]。針對(duì)上述問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種固定輪對(duì)、驅(qū)動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)的軸承勻脂跑合機(jī)。

1 勻脂跑合機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該勻脂跑合機(jī)采用龍門通過式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主要由橫梁、主軸箱、底座、輪對(duì)升降裝置、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，主要技術(shù)參數(shù)見表1。采用下沉的安裝方式，即輪對(duì)升降裝置處于升起位置時(shí)其上的軌道與車間軌道對(duì)接，輪對(duì)可直接推入機(jī)床，推入到位后輪對(duì)升降裝置由液壓油缸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)下降，使輪對(duì)的左右軸承外圓擱置于工藝軸箱軸瓦打開狀態(tài)下的固定軸瓦內(nèi)。

1—底座；2—主軸箱；3—液壓系統(tǒng)；4—橫梁；5—加載裝置；6—溫度傳感器；7—操作臺(tái)；8—電氣控制系統(tǒng)；9—工藝軸箱；10—輪對(duì)升降裝置圖1 勻脂跑合機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of overall structure of grease homogenizer

表1 新型勻脂跑合機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of new grease homogenizer

1.1 加載裝置

為使軸承勻脂跑合符合實(shí)際運(yùn)行工況，考慮采用負(fù)載跑合。橫梁左右設(shè)計(jì)有2套輪對(duì)加載裝置，主要由液壓油缸和壓爪等組成，如圖2所示。

1—液壓油缸；2—橫梁；3—壓爪圖2 加載裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of loading device

液壓油缸向下運(yùn)動(dòng)使壓爪壓緊輪對(duì)踏面，實(shí)現(xiàn)勻脂跑合過程的加載及防止軸承外圈帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)，加載的壓力通過調(diào)整液壓壓力實(shí)現(xiàn)。為確保壓爪牢靠的壓緊輪對(duì)踏面，液壓油缸和壓爪均采用鉸接結(jié)構(gòu)。

1.2 主軸箱

為滿足1條輪對(duì)2套軸承同時(shí)跑合，該跑合機(jī)設(shè)計(jì)為左右2個(gè)主軸箱，主軸箱主要由主軸箱體、套筒、螺桿、手輪、主軸、聯(lián)軸器及變頻電動(dòng)機(jī)等組成，如圖3所示。

1—主軸；2—套筒；3—主軸箱體；4—螺桿；5—手輪；6—聯(lián)軸器；7—變頻電動(dòng)機(jī)圖3 主軸箱結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural diagram of headstock

可通過手輪、螺桿使套筒軸向移動(dòng)，以滿足動(dòng)車組輪對(duì)2 180～2 382 mm軸長范圍內(nèi)軸承的裝夾要求。主軸轉(zhuǎn)速采用電動(dòng)機(jī)變頻無級(jí)調(diào)速，以滿足不同的轉(zhuǎn)速要求。

1.3 工藝軸箱

為使輪對(duì)軸承快捷、安全定位，工藝軸箱采用鉸接開合式軸瓦結(jié)構(gòu)。工藝軸箱通過螺釘及端面鍵安裝于主軸端部，其主要由固定軸瓦、銷軸、壓緊螺釘、橡膠條及活動(dòng)軸瓦等組成，如圖4所示。

1—固定軸瓦；2—銷軸；3—壓緊螺釘；4—橡膠條；5—活動(dòng)軸瓦圖4 工藝軸箱結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural diagram of process axle box

為防止高速跑合時(shí)軸承外圈與軸瓦產(chǎn)生相對(duì)滑移，對(duì)應(yīng)在軸承2個(gè)分離外圈位置安裝4個(gè)橡膠條以增大摩擦力。由于勻脂跑合的轉(zhuǎn)速較高，需對(duì)工藝軸箱進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，采用去重的方式進(jìn)行平衡，保證平衡量不小于20 g·m。

1.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

1)采用旋轉(zhuǎn)軸承外圈勻脂跑合，由于軸承外圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，整機(jī)耗能低，效率高，工作安全。

2)采用加載的方式進(jìn)行軸承勻脂跑合，使軸承跑合時(shí)符合實(shí)際運(yùn)行工況，軸承溫升準(zhǔn)確。

3)工藝軸箱采用鉸接開合式軸瓦結(jié)構(gòu)，輪對(duì)軸承定位快捷、安全。

4)采用通過式龍門結(jié)構(gòu)及下沉的安裝方式，輪對(duì)升降裝置的軌道與車間軌道對(duì)接，輪對(duì)輸送便利。

2 勻脂試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

以CRH3型輪對(duì)上使用的SKF BC2-0375軸承為試驗(yàn)對(duì)象，取A,B,C,D,E,F,G,H共8套軸承，其中A,C,E,F為舊軸承,B,D,G,H為全新軸承，試驗(yàn)前8套軸承均處于新注脂且未經(jīng)勻脂的狀態(tài)。為更好顯示勻脂效果，將D,F軸承的半圓周滾子加注紅色潤滑脂，另半圓周加注藍(lán)色潤滑脂，其余6套軸承加注原色潤滑脂。

新型勻脂跑合機(jī)采用軸承外圈旋轉(zhuǎn)方式勻脂跑合，外圈滾道帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)，而動(dòng)車、高鐵在線路上運(yùn)行則是軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)。要滿足軸承滾子勻脂跑合速度與線路運(yùn)行線速度一致，需對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行換算。 已知?jiǎng)榆嚱M輪對(duì)踏面直徑為790～925 mm，軸承內(nèi)圈滾道直徑為158 mm，軸承外圈滾道直徑為210 mm，按動(dòng)車組運(yùn)行速度200 km/h及300 km/h可計(jì)算滾子線速度v1和v2范圍為

(1)

(2)

由(1),(2)式可得v1為569.37～666.67 m/min，v2為854.05～1 000 m/min。

由滾子線速度可得

569.37≤0.21πn1≤666.67，

(3)

854.05≤0.21πn2≤1 000，

(4)

式中：n1，n2為主軸轉(zhuǎn)速。

由(3)，(4)式可得n1為863.03～1 010.51 r/min，n2為1 294.54～1 515.76 r/min。

取n2轉(zhuǎn)速范圍的中間值1 405 r/min為試驗(yàn)跑合轉(zhuǎn)速，開始時(shí)先提速至1 405 r/min進(jìn)行跑合，若試驗(yàn)過程中溫度超過110 ℃則采用降速跑合，等待溫度降至90 ℃再升速至1 405 r/min，重復(fù)此過程直至軸承跑合溫度穩(wěn)定。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)后潤滑脂狀態(tài)分別如圖5、圖6所示，跑合后潤滑脂均勻分布于軸承內(nèi)。

圖5 勻脂跑合前后原色潤滑脂狀態(tài)Fig.5 Primary color grease state before and after grease homogenization running-in

圖6 勻脂跑合前后染色潤滑脂狀態(tài)Fig.6 Dyeing grease state before and after grease homogenization running-in

軸承初次跑合的溫度變化曲線如圖7所示，軸承溫度呈先升高后降低的趨勢(shì)，且溫度變化曲線的斜率先增大后減小，在40 min左右溫度達(dá)到最高，隨后軸承溫度逐漸下降，約2 h左右溫度趨于平穩(wěn)，證明軸承已處于勻脂狀態(tài)[5]。

圖7 初次跑合時(shí)軸承溫度變化曲線Fig.7 Bearing temperature variation curves during first running-in

為進(jìn)一步檢驗(yàn)勻脂效果，待經(jīng)跑合軸承的溫度恢復(fù)至室溫后(靜置24 h以上)，再將其安裝在勻脂跑合機(jī)上，與初次跑合同樣的加載條件下，跑合轉(zhuǎn)速1 405 r/min(與動(dòng)車組線路運(yùn)營速度相當(dāng))，記錄軸承再跑合的溫度變化曲線(圖8)，溫度從室溫逐漸上升，至一定溫度后趨于穩(wěn)定。

圖8 再跑合時(shí)軸承溫度變化曲線Fig.8 Bearing temperature variation curves during rerunning-in

經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，軸承初次跑合溫升曲線在軸承新舊情況不一、加注潤滑脂不同或加載力不一致等各種因素影響情況下均保持近似曲線變化特征；再跑合溫升曲線也是如此，均在上升至某一溫度后保持平穩(wěn)：2次跑合溫升曲線證明設(shè)計(jì)的勻脂跑合機(jī)能使軸承達(dá)到預(yù)期勻脂效果。

3 結(jié)束語

新型動(dòng)車組軸承勻脂跑合機(jī)采用輪對(duì)固定、驅(qū)動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)的勻脂方式。該勻脂跑合機(jī)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，驅(qū)動(dòng)功率小，跑合轉(zhuǎn)速達(dá)到軸承實(shí)際轉(zhuǎn)速，節(jié)能降本等優(yōu)點(diǎn)，可降低動(dòng)車組在高級(jí)修或臨修更換新軸箱軸承上線時(shí)因勻脂不充分導(dǎo)致的暖軸、熱軸誤報(bào)警率，節(jié)約了動(dòng)車組運(yùn)營成本。