鐵路車輛軸承優(yōu)化運(yùn)用與分析

姜玲

摘要：軸承作為高速運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵路車輛的重要零部件，直接關(guān)系車輛的運(yùn)行安全和行駛速度。對(duì)于軸承而言，其本身的質(zhì)量及裝配手段顯得尤其重要。本文對(duì)目前鐵路車輛的軸承現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，通過軸承的設(shè)計(jì)、正確的裝配及有效的維護(hù)和檢測(cè)三個(gè)方面進(jìn)行分析和討論，旨在為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路車輛;滾動(dòng)軸承;優(yōu)化設(shè)計(jì);游隙調(diào)整;裝配

中圖分類號(hào)：U216.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0125-02

0? 引言

軸承體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)技術(shù)水平的核心基礎(chǔ)部件，高端軸承更是代表了軸承技術(shù)中指標(biāo)高、技術(shù)難的前沿技術(shù)。我國(guó)鐵路車輛，尤其是高速車輛的軸承也是我國(guó)高端滾動(dòng)軸承中的一種，在運(yùn)用中要求軸承應(yīng)具備高精度運(yùn)轉(zhuǎn)，高承載力和可靠性，低振動(dòng)、噪音，耐腐蝕等特性。

我們目前已成為世界上鐵路運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家，我國(guó)鐵路車輛向著更高速、大功率及綠色環(huán)保方向的不斷發(fā)展，對(duì)其關(guān)鍵零部件——走行裝置和驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的挑戰(zhàn)。其中可靠性和安全性要求非常高的重要組成部分，滾動(dòng)軸承的穩(wěn)定性尤其關(guān)鍵。在車輛高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承會(huì)面臨三大方面的考驗(yàn)：一是高速頻繁的振動(dòng)對(duì)軸承的影響，二是高速運(yùn)轉(zhuǎn)下軸承升溫問題，三是高速度所帶來的潤(rùn)滑問題。這三個(gè)嚴(yán)苛的問題需要從優(yōu)化軸承制造、軸承正確的裝配方法及有效的防護(hù)和檢測(cè)措施等方面入手解決。只有這樣，才能更好的保障軸承高質(zhì)量的運(yùn)用。

1? 滾動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)

我國(guó)的鐵路車輛技術(shù)已經(jīng)走向國(guó)際，但是其核心部件“軸承”仍要依賴進(jìn)口，中國(guó)是軸承大國(guó)，卻不是軸承強(qiáng)國(guó)。我國(guó)與國(guó)外一些先進(jìn)公司的軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)幾乎相同，但是我國(guó)此類產(chǎn)品的振動(dòng)和噪聲水平卻與國(guó)外產(chǎn)品有一定的差距。主要原因是其制造和工況因素等方面的影響。在高端軸承制造中有兩個(gè)基礎(chǔ)性問題，那就是“高性能的材料”和“高質(zhì)量的加工”，如何鍛造出“高純凈度”和“高均勻性”的軸承鋼，將鋼中含氧量控制在最低，一直是我國(guó)鋼鐵企業(yè)面臨的難題。工況因素可以通過對(duì)主機(jī)提出合理性要求來解決，但如何降低由生產(chǎn)制造因素所引起的振動(dòng)及噪聲是軸承行業(yè)首要要解決的關(guān)鍵問題。實(shí)驗(yàn)表明，各加工工藝的合理性和穩(wěn)定性會(huì)影響軸承的壽命，尤其是軸承的熱處理和磨削工藝，與軸承的失效有著直接的關(guān)系。軸承振動(dòng)會(huì)受保持架及滾子的加工質(zhì)量的影響程度而不同，其中滾子的加工質(zhì)量對(duì)軸承振動(dòng)影響力是最大的，最主要的影響因素是滾子的粗糙度、波紋度、表面缺陷、表面磕碰傷等方面問題。

通過建模和精化工藝流程，建立嚴(yán)格的制造標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同應(yīng)用工況進(jìn)行分析，對(duì)滾子軸承進(jìn)行特定的整體和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效的降低滑動(dòng)摩擦扭矩，從而可以更好的提高滾子軸承高速運(yùn)用性能。此外，載荷、溫度、游隙、粘度等潤(rùn)滑因素也是影響軸承速度的關(guān)鍵量，對(duì)其進(jìn)行量化計(jì)算分析，也可以達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)。

2? 滾動(dòng)軸承正確的裝配方法

無論多么高性能的軸承，如果使用不當(dāng)，則不會(huì)得到預(yù)期的效果。運(yùn)用中的幾大因素對(duì)軸承影響非常大，其中振動(dòng)對(duì)軸承的損傷是相當(dāng)大的，會(huì)出現(xiàn)如銹蝕、剝落、壓痕、裂紋、磨損等現(xiàn)象，引起這些現(xiàn)象的原因是比較復(fù)雜的，如振動(dòng)使內(nèi)外圈配合處發(fā)生磨損而使其相互配合導(dǎo)軌偏移，或是致使軸承疲勞。另外溫度對(duì)軸承的影響也是非常大的，高溫通常表示軸承已處于異常情況，高溫也對(duì)軸承的潤(rùn)滑劑有不好的影響，若長(zhǎng)期高溫連轉(zhuǎn)會(huì)降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤(rùn)滑不足或過分潤(rùn)滑，潤(rùn)滑劑內(nèi)含有雜質(zhì)，負(fù)載過大，軸承損環(huán)，間隙不足，及油封產(chǎn)生的高磨擦等等。因此除了優(yōu)化軸承設(shè)計(jì)與制造工況外，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的鐵路車輛采用的滾子軸承，在裝配時(shí)要確保其嚴(yán)格的環(huán)境、尺寸、選配及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度的減少因裝配不當(dāng)而引起的此類損傷，以確保軸承高精度的運(yùn)轉(zhuǎn)。

首先來看軸承裝配前需要注意的幾項(xiàng)問題。軸承使用中最重要一點(diǎn)是 “清潔”。因?yàn)榛覊m隨時(shí)會(huì)對(duì)軸承造成惡劣影響，甚至是看不到的灰塵也會(huì)造成軸承早期磨損或早期剝離等現(xiàn)象發(fā)生，所以在裝配過程中必須保持環(huán)境的清潔度。要求：軸承的裝配作業(yè)的場(chǎng)所、作業(yè)臺(tái)、裝配時(shí)使用的工具類以及車軸、軸承箱和還其它部件要與軸承同樣保持清潔;還有軸承在使用前盡可能不要打開涂抹防銹劑的包裝。其次裝配前的防銹工作也是必不可少的。如果軸承生銹，所產(chǎn)生的硬狀顆粒，會(huì)像研磨劑一樣使軸承出現(xiàn)磨損。軸承生銹的原因有濕氣、氧、鹽分等，人手上的汗液、潤(rùn)滑劑中水分等都是重要的起因，所以部件裝配作業(yè)時(shí)，必須佩戴干凈的手套以防止生銹，當(dāng)必須徒手裝配作業(yè)時(shí)，必須將手充分清洗干凈，并涂上優(yōu)質(zhì)礦油，然后再進(jìn)行作業(yè)。空氣中的水分（濕氣）也是生銹的原因之一，所以軸承要保存在干燥處。最后是軸承裝配作業(yè)時(shí)對(duì)軸承的振動(dòng)和沖擊，應(yīng)盡量避免因強(qiáng)力敲打和脫落等沖擊使得軸承致傷，若必須對(duì)軸承敲擊時(shí)，要在軸承端面處施加同等的力，促使軸承正確滑入并裝配完成。并盡量采用塑料錘，只能使用鋼錘時(shí)，必須墊加非鐵制的墊板。無論任何場(chǎng)合都不能敲擊保持架。

滾動(dòng)軸承游隙的調(diào)整和預(yù)緊是滾動(dòng)軸承裝配工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是提高軸承旋轉(zhuǎn)精度和承載能力、降低軸箱裝置振動(dòng)和噪聲及減少軸承的疲勞強(qiáng)度的有效手段。因此，準(zhǔn)確把握游隙調(diào)整和預(yù)緊的工藝，并且在裝配中正確地運(yùn)用這些工藝方法，是軸承裝配工作質(zhì)量的保證。滾動(dòng)軸承裝配時(shí)，其游隙不能過大，也不能過小。游隙太大，會(huì)使單個(gè)滾動(dòng)體的承受的載荷增大，降低軸承的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命，增大系統(tǒng)振動(dòng)，軸承噪聲大;游隙太小，會(huì)增大摩擦力，增加軸承熱量，磨損加劇，同樣也致使軸承壽命減少，甚至是使?jié)L動(dòng)體卡死而無法正常工作。因此，軸承在裝配時(shí)都要嚴(yán)格控制和調(diào)整游隙。

高速車輛的軸承承受載荷越大，其旋轉(zhuǎn)精度要求就越高，軸承安裝需要過盈配合裝配，這種情況下就需要在裝配時(shí)對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊工作，要在熱平衡條件下達(dá)到游隙調(diào)整和預(yù)緊的要求。裝配時(shí)可以通過預(yù)緊給軸承的內(nèi)圈或外圈一個(gè)軸向力，以消除軸承游隙，并使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)、外圈接觸處產(chǎn)生初變形。預(yù)緊能提高軸承在工作狀態(tài)下的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。滾動(dòng)軸承實(shí)際的理想工作間隙，是在軸承溫升穩(wěn)定后所調(diào)整的間隙。因此，軸承游隙的調(diào)整應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行：首先在常溫下按照有關(guān)的操作規(guī)范和技術(shù)要求對(duì)軸承游隙進(jìn)行調(diào)整，至間隙合適并用手轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)感到旋轉(zhuǎn)靈活;然后，將調(diào)整機(jī)構(gòu)適當(dāng)回松（防止試車時(shí)由于溫度升高而使軸承突然抱死），進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，從低速到高速空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不超過2小時(shí)，在最高速的空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于30分鐘，軸承應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、噪聲小、工作溫度不超過50℃，最后將調(diào)整機(jī)構(gòu)復(fù)位并鎖緊即可。滾動(dòng)軸承軸向游隙的調(diào)整方法有很多，如墊片調(diào)整法、螺母調(diào)整法、螺釘擋蓋調(diào)整法和內(nèi)外套調(diào)整法等。其中較常用的方法是墊片調(diào)整法。

裝配時(shí)，軸承套內(nèi)孔需涂潤(rùn)滑油，良好的潤(rùn)滑不僅可以起到減小摩擦的作用，同時(shí)還對(duì)軸承和軸上零件具有冷卻作用。滾動(dòng)軸承游隙進(jìn)行調(diào)整以后，摩擦?xí)兴觿?，產(chǎn)生的熱量會(huì)使整個(gè)軸箱裝置溫度有所升高。如果不能及時(shí)散熱，這些熱量就會(huì)使這些零件尺寸發(fā)生變化，從而影響到滾動(dòng)軸承間隙的變化，產(chǎn)生更多的熱量，形成惡性循環(huán)。因此，對(duì)于經(jīng)過游隙調(diào)整的滾動(dòng)軸承，必須要保持良好的潤(rùn)滑，以減少摩擦，更重要的是用不斷循環(huán)流動(dòng)的潤(rùn)滑油帶走大量的熱，控制溫度的升高，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡。

常見的裝配錯(cuò)誤方式：一是沒有進(jìn)行準(zhǔn)確的軸承內(nèi)圈與車軸、箱蓋內(nèi)孔與軸承外圈的過盈配合量的計(jì)算和選配工作;沒有進(jìn)行嚴(yán)格的尺寸配合，過松會(huì)使軸與內(nèi)圈、箱蓋體內(nèi)孔與外圈之間產(chǎn)生滑動(dòng)，滑動(dòng)摩擦將會(huì)使軸承因發(fā)熱而損壞。這種現(xiàn)象稱為“跑內(nèi)圈”，和“跑外圈” ?！芭軆?nèi)圈”會(huì)使軸承內(nèi)圈端面產(chǎn)生熱裂紋，熱裂紋的不斷延伸，將使軸承內(nèi)圈在使用中斷裂，并且產(chǎn)生的高溫還會(huì)使表面金屬熔化并產(chǎn)生粘連。“跑內(nèi)圈”會(huì)引起高溫，而縮短軸承壽命，使軸承發(fā)熱而損壞。二是裝配過程中使用鐵器錘擊軸承，會(huì)使軸承擋邊受損，要使用套筒等專用工具。三是加熱溫度過高。要使用軸承加熱器專用工具。

總之，軸承裝配條件是使用中的決定因素之一，軸承會(huì)因裝配不當(dāng)而導(dǎo)致整套軸承各零部件之間的受力狀態(tài)發(fā)生變化，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不正常而提早失效。滾動(dòng)軸承按工藝正確裝配、合理使用、認(rèn)真執(zhí)行游隙的調(diào)整和預(yù)緊工藝，是提高軸承旋轉(zhuǎn)精度和承載能力的有效措施。操作中除了應(yīng)達(dá)到滾動(dòng)軸承裝配的一般技術(shù)要求外，還要重點(diǎn)考慮軸承溫升和潤(rùn)滑對(duì)調(diào)整工作的影響，并且工作中做到耐心細(xì)致，方能高效和高質(zhì)。

3? 有效的維護(hù)及檢測(cè)措施

根據(jù)軸承裝配、使用、維護(hù)和檢測(cè)的技術(shù)要求，對(duì)運(yùn)用中的軸承所承受的載荷、滾動(dòng)聲、轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)和潤(rùn)滑狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和有序檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，查找原因，并立即整改，使其恢復(fù)正常工作。對(duì)于軸承的檢修，也有嚴(yán)格的工藝流程和技術(shù)要求。拆卸下來的軸承，要進(jìn)行檢查和判斷，以確認(rèn)是否可以再次使用。

使用先進(jìn)的專業(yè)拆卸工具，對(duì)軸承進(jìn)行正確的拆卸，避免因工具或操作不當(dāng)對(duì)軸承造成損傷。正確拆卸后，要對(duì)軸承進(jìn)行一系列的檢查和測(cè)量。首先記錄軸承的外觀，確認(rèn)潤(rùn)滑劑的殘存量，取樣檢查用的潤(rùn)滑劑之后，使用汽油、煤洗等清洗劑進(jìn)行軸承清洗。軸承清洗，分粗洗和細(xì)洗，在粗洗油中，使用刷子清除去除滑脂、粘著物，大致干凈后，轉(zhuǎn)入精洗。精洗，是將軸承在清洗油中一邊旋轉(zhuǎn)，一邊仔細(xì)的清洗。清洗油也要經(jīng)常保持清潔。接下來要檢查滾動(dòng)道面、滾動(dòng)面、配合面的狀態(tài)、保持架的磨損情況、軸承游隙的增加及有無關(guān)尺寸精度下降的損傷，異常等。如果軸承在檢查時(shí)出現(xiàn)以下缺陷就不能再使用：滾動(dòng)體表面存在毛刺、劃痕、裂紋，或是有明顯的熱變色;內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架的任何一個(gè)上有裂紋或缺口及斷裂;滾道面、擋邊、滾動(dòng)體有顯著卡傷;保持架磨損顯著，或者柳釘顯著松弛;滾道面、滾動(dòng)體有嚴(yán)重壓痕和打痕;內(nèi)圈內(nèi)經(jīng)面外圈外經(jīng)面有明顯蠕變;封入軸承潤(rùn)滑脂油量是否合適，密封圈或防塵蓋的破損明顯等。判讀軸承是否可以再次使用，要綜合考慮軸承損傷程度，運(yùn)用條件和檢修周期等，檢修時(shí)使用專門的工具和設(shè)備，嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行檢查和測(cè)量。

高速鐵路車輛的走行部即轉(zhuǎn)向架是保證列車高速、安全、平穩(wěn)的核心部件，軸承是其中的關(guān)鍵零部件之一，車輪通過軸箱、彈簧與轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架與車體相連，軸箱軸承直接承受車輛自重、載荷及鋼軌對(duì)車輪的縱向、橫向和垂向的沖擊，還有在急速轉(zhuǎn)彎、偏載或加減速時(shí)牽引力帶來的附加沖擊，時(shí)刻都在考驗(yàn)軸箱軸承的承載力和耐力。因此如何有效的提高滾動(dòng)軸承的耐沖擊振動(dòng)、工作可靠性、安全性及較高的壽命是高速鐵路車輛要不斷研究和突破的一個(gè)課題，并且致力于設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的精密軸承，開發(fā)軸承狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)，使我國(guó)真正的成為安全和高速的鐵路運(yùn)營(yíng)大國(guó)。

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