城軌轉(zhuǎn)向架軸承維護(hù)制度及現(xiàn)狀分析*

錢科元，楊 陽，吳柯江，溫炎豐

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 城軌轉(zhuǎn)向架軸承

城軌車輛轉(zhuǎn)向架上的軸承主要分布在轉(zhuǎn)向架軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件上。軸箱軸承一般選用雙列圓錐滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承兩種類型[1]，其內(nèi)圈和車軸相連，外圈固定在軸箱上。齒輪箱軸承分為輸入端軸承和輸出端軸承，齒輪箱軸承會同時承受徑向力和軸向力[2]，其輸入端為高速端，通常采用一對圓錐滾子軸承，或者采用一對承受徑向力的圓柱滾子軸承和承受軸向力的四點球軸承[3]；輸出端為低速端，通常采用一對圓錐滾子軸承，分布在大齒輪的兩側(cè)。電機(jī)軸承是電機(jī)的重要部件，它具有支撐電機(jī)軸和引導(dǎo)其旋轉(zhuǎn)的功能，城軌轉(zhuǎn)向架電機(jī)軸承通常采用滾動軸承[4]。軸箱和齒輪箱實物如圖1所示。

圖1 軸箱和齒輪箱實物圖

2 維修制度及方式

維修制度是軸承維修過程中制定維修等級、維修種類、維修計劃、維修方式、維修組織以及維修考核指標(biāo)等的統(tǒng)稱。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，軸承診斷方式呈現(xiàn)多樣化、自動化以及智能化。軸承故障診斷的方式、維修方式以及考核指標(biāo)均會發(fā)生改變，因此，維修制度也隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展在不斷地完善。

縱觀國內(nèi)外維修制度，大致經(jīng)歷了3個階段。

第一個階段：20世紀(jì)40年代以前，設(shè)備較為簡單、運行工況單一、設(shè)備故障容易排查，此時設(shè)備維修只在發(fā)生故障后才會開展，這種維修制度稱為事后維修制度，由于此種維修制度過于簡單，更是一種維修方式。

第二個階段：20世紀(jì)40年代以后，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障呈現(xiàn)一定的規(guī)律(故障規(guī)律符合浴盆曲線變化規(guī)律)，通過制定合理的維修計劃，能夠顯著減少設(shè)備故障的發(fā)生。人們通過制定大中小修各級修程，并規(guī)定各級修程的作業(yè)內(nèi)容、考核指標(biāo)等，在規(guī)定的時間進(jìn)行維修，使設(shè)備保持良好的工作狀態(tài)。這種預(yù)防維修制度的關(guān)鍵是掌握設(shè)備壽命的分布規(guī)律，確定合理的維修周期。這種依據(jù)修程指導(dǎo)設(shè)備維修的方式稱為定時維修。

第三個階段：20世紀(jì)60年代以后，研究人員發(fā)現(xiàn)，并不是經(jīng)常維修就能確保設(shè)備的良好狀態(tài)，相反設(shè)備拆卸過于頻繁，往往會導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)變差，甚至?xí)霈F(xiàn)更多的故障。對于復(fù)雜的設(shè)備，其故障率曲線型式多樣、復(fù)雜，并不是浴盆曲線。基于此種現(xiàn)象，研究人員提出了“以可靠性為中心”的維修制度，近些年來，隨著計算機(jī)、故障診斷、工程經(jīng)濟(jì)等技術(shù)的發(fā)展，該制度逐漸完善成“可信性維修”[5]?！翱尚判跃S修”不僅包含設(shè)備可靠性，還包含可用性、維修性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等多個方面，讓這種維修方式(事后維修、定時維修、狀態(tài)維修)“各到其位”“各盡其能”。這種維修制度稱為“以可信性為中心”的維修制度。

值得說明的是，狀態(tài)維修是通過監(jiān)測設(shè)備采集設(shè)備技術(shù)狀態(tài)參數(shù)，制定設(shè)備維修時機(jī)及維護(hù)內(nèi)容的一種維修方式。它與事后維修、定時維修各有優(yōu)缺點，并沒有先進(jìn)落后之分，并各有其適用范圍。三種維修方式的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 三種維修方式優(yōu)缺點分析

城軌軸承作為轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，一旦發(fā)生故障將有可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此事后維修方式將不適用于城軌軸承維護(hù)，城軌軸承維護(hù)應(yīng)采用定時維修和狀態(tài)維修兩種方式，充分利用這兩種維修方式的優(yōu)點。

3 我國軸承維護(hù)現(xiàn)狀

3.1 城軌車輛軸承維修修程

軸承作為地鐵車輛的關(guān)鍵零部件，對其定期進(jìn)行故障排查和維護(hù)是必要的，因此地鐵車輛的每級修程都會重點對軸承進(jìn)行檢查，只是每級修程軸承的維護(hù)內(nèi)容及維修方式存在一定的差異。本文參照某地鐵公司地鐵車輛的維護(hù)修程確定軸承的維護(hù)修程。軸承維護(hù)修程如表2所示。

表2 地鐵車輛軸承維護(hù)修程

3.2 城軌車輛軸承維護(hù)方法

3.2.1 人工維護(hù)

(1)每日接車時，維護(hù)人員聽車輛走行是否存在異響，若有異響將重點對發(fā)出異響的部位進(jìn)行故障排查。

(2)車輛進(jìn)庫整備后，由維護(hù)人員查看軸箱軸承上的軸溫試紙，若軸溫試紙變色，就拆開軸箱蓋對軸承進(jìn)行細(xì)致檢查。重點檢查齒輪箱是否漏油，并通過齒輪箱上油液觀察孔查看油液是否異常。

(3)均衡修時，維護(hù)人員拆開軸箱蓋，觀察潤滑油、潤滑脂的狀態(tài)，若潤滑油脂出現(xiàn)乳化、變色等現(xiàn)象，則更換潤滑油；若需要更換軸承，則需要將轉(zhuǎn)向架推出，拆分轉(zhuǎn)向架，并對軸承進(jìn)行更換。

(4)對于大、架修修程，運營公司會將軸承集中送至軸承廠家或?qū)ｉT的檢測機(jī)構(gòu)(送檢成本3 000元/個～4 000元/個)，讓軸承廠家進(jìn)行修理，對于無法修復(fù)的軸承將考慮直接報廢。像電機(jī)軸承由于存在電腐蝕的原因，通常在架修時會將其進(jìn)行更換；對于齒輪箱內(nèi)的軸承，會結(jié)合齒輪箱的工作狀態(tài)，對于狀態(tài)良好的齒輪箱，其軸承可在大修修程時再更換。

3.2.2 監(jiān)測設(shè)備輔助人工維護(hù)

(1)地面診斷系統(tǒng)：在車輛段出入段線軌旁處設(shè)置有地面故障診斷系統(tǒng)，當(dāng)列車通過時，該系統(tǒng)能夠采集到振動、溫度以及圖像等信息，并將這些信息上傳至數(shù)據(jù)存儲設(shè)備上，通過故障診斷系統(tǒng)對其進(jìn)行處理與分析，可為維護(hù)人員提供維護(hù)指令或者警示，為車輛軸承的運用和維修提供重要決策依據(jù)。

(2)車載診斷系統(tǒng)：目前國內(nèi)部分地鐵列車上安裝有車載診斷系統(tǒng)，整個診斷系統(tǒng)大致可分為3級，即列車診斷主機(jī)、車輛診斷分機(jī)和設(shè)備診斷單元。車載診斷系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

1-列車診斷主機(jī)；2-車輛診斷分機(jī)；3-設(shè)備診斷單元；4-顯示裝置；5-人機(jī)接口；6-列車通信總線；7-車輛通信總線

設(shè)備診斷單元將所檢測到的振動、溫度信號數(shù)據(jù)通過車輛通信總線傳輸至車輛診斷分機(jī)，經(jīng)過車輛診斷分機(jī)分析處理后經(jīng)列車通訊總線，將診斷結(jié)果上傳至列車診斷主機(jī)，列車診斷主機(jī)可將診斷結(jié)果傳至地面終端設(shè)備，為維護(hù)人員運用維護(hù)提供決策依據(jù)。

3.3 維護(hù)效果

近些年來，各大城市運營方都非常重視軸承的維護(hù)及狀態(tài)監(jiān)測，未出現(xiàn)因軸承故障造成的嚴(yán)重事故?，F(xiàn)有定期檢查人工維護(hù)、監(jiān)測設(shè)備輔助人工維護(hù)措施基本能夠滿足運營需求。

不過，我國城軌車輛軸承維護(hù)方式主要還是依靠人工定期檢查，智能診斷設(shè)備僅作為維護(hù)的輔助工具，大部分設(shè)備僅能做到定性分析，不能實現(xiàn)對軸承的定量診斷，人工作業(yè)量仍然較大。由于監(jiān)測設(shè)備采集到的軸承技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)未能得到充分利用，目前仍還缺乏根據(jù)這些數(shù)據(jù)優(yōu)化軸承維護(hù)修程、制定合理的運用維護(hù)方案的措施，因此軸承成本開支仍然較高。

4 總結(jié)及展望

我國城軌車輛軸承的維修方式為“定期維修為主、狀態(tài)維修為輔”的復(fù)合維修方式，采用監(jiān)測設(shè)備實時掌握軸承運行的狀態(tài)，一定程度上彌補了人工維護(hù)的不足，有助于發(fā)現(xiàn)人工維護(hù)不易發(fā)現(xiàn)的早期故障，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，并能夠在一定程度上減少人工作業(yè)量，減少日常維護(hù)人員夜間作業(yè)時間。但“定期修、狀態(tài)修”兩種維修方式，還未做到“各到其位”“各盡其能”，對軸承故障維修時機(jī)的把握以及開展針對性的維修仍存在不足。

針對上述問題，提出如下建議：

(1)開展軸承故障診斷定量分析的理論方法、試驗研究，重點是不同軸承故障狀態(tài)下、運行工況下的軸承壽命預(yù)測。

(2)充分利用軸承監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場長期積累的運營經(jīng)驗，結(jié)合“可信性維修”的新理念，從可信性系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，針對軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件開展故障模式、影響及其危害度分析(FMECA)，制定出合理的維修計劃，進(jìn)行針對性的維修。

(3)開展軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件的全壽命周期費用分析(LCC)，掌握軸箱、齒輪箱、電機(jī)等系統(tǒng)可靠性和周期費用之間的關(guān)系。

(4)搭建運維信息化、自動化平臺，將上述軸承壽命分析、FMECA、LCC等分析成果作為制定合理的軸承運用維護(hù)方案的重要依據(jù)，并結(jié)合軸承技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)情況，自動確定軸承故障部位、故障類型、建議維修措施等內(nèi)容，指導(dǎo)智能運維工作的開展。