鐵路貨車滾動軸承加載磨合機的研制

秦國營

（鄭州鐵路局鄭州北車輛段，河南 鄭州 450053）

鐵路貨車提速重載的全面實施，對車輛走行部的可靠性的要求也越來越高。為了保證貨物列車的運行安全，輪對軸承檢修質量尤其關鍵。根據輪對檢修工藝要求，輪對裝車前必須進行磨合性能測試，但目前在用的軸承磨合機，基本都沒有對軸承進行加載，不符合鐵路車輛運行時的實際情況，軸承磨合測試沒有起到應有的作用。基于此，我們研制了貨車滾動軸承加載磨合機，以便更好地發現軸承故障，保證鐵路車輛安全運行。

1 功能和技術要求

貨車軸承磨合機，是鐵路車輛系統檢修轉向架輪對的專用設備，是輪對檢修時進行磨合試驗、檢測輪對軸承壓裝質量的裝置，其基本功能和技術要求如下：

（1）磨合輪對為RD2、RE2型，直徑范圍為760～840mm。

（2）軸承磨合轉速大于200 r/min。

（3）輪對模擬加載載荷（輪對軸重）：25× 9.8×103=2.45×105。（輪對軸重按 25t計算）

（4）自動檢測軸承溫升，當軸承溫升＞40℃時，能自動報警。

（5）輪對磨合5min結束后制動輪對。

（6）操作方便，便于維修，使用壽命長。

2 原理和總體方案

加載磨合機結構如圖1所示。

圖1 加載磨合機結構

貨車滾動軸承加載磨合機基本原理為：模擬車輛輪對的運行狀況，利用兩側液壓升降油缸支撐起輪對，同時能加載抱緊軸承，模擬車輛輪對的載重。安置于軌道上部龍門架上的支撐輪，模擬車輛運行時的軌道，同時也作為摩擦輪，帶動輪對轉動。固定在龍門架上的兩端伸軸電機，通過摩擦輪帶動輪對作磨合運轉。測溫系統采用技術成熟的溫度傳感器，制動系統采用電力能耗制動。貨車軸承磨合機控制方案采用液壓與電器互相鏈鎖，輪對沒有被壓緊，磨合電機不能起動。

3 主要技術參數選擇

3.1 液壓系統

（1）油缸的選擇。油缸頂起的輪對作高速運轉，會產生振動，使油缸活塞桿產生交變應力及變形，輕則影響油缸密封性，重則使活塞桿彎曲變形，因而油缸必須有較好的穩定性。活塞桿應選用較大尺寸。輪對總質量為1.3 t，產生的重力為1.27×104N，輪對加載質量25 t，每個油缸應承受的力約為12.3×105N。選擇缸徑為125mm，活塞桿直徑為90mm的油缸。考慮到車輛輪對軸承連續試驗的特點，支承座的高度選擇應使大輪和小輪都能通過，大輪通過時上部留出50mm的自由量，當輪徑為最小時，軸承最低點不碰及支承座的最高點，略加富余量，選擇油缸行程為250mm。

圖2 液壓系統原理圖

（2）壓力的調整。從液壓原理圖中可知，三位四通電磁閥控制油缸升降，溢流減壓閥調節系統的壓力，控制輪對的加載量，單向節流閥調整兩油缸上升的速度，使其基本同步上升。為防止輪對滑傷，輪對被壓緊后，磨合電機方能起動；并且還可給出輪對被夾緊的信號，實現磨合過程的自動化。為此，液壓系統中設置壓力繼電器，給出輪對被壓緊后的信號，利用電氣與液壓系統的相互連鎖，解決以上問題。輪對在高速運轉時，若發生異常情況，如突然斷電，使高速運轉的輪對落下，發生危險。液壓回路中設有兩組液控單向閥，即使發生突然斷電等異外情況，系統也會保壓，繼續壓緊輪對，增加系統的安全可靠性。通過測算，當輪對最小時，油缸上升距離最大，用15 s左右的時間為宜，由此我們選擇了油泵的排量。系統實際運行時最大設定壓力為P=壓力/油缸有效面積，計算出系統理論壓力為8.2MPa，系統壓力損失為10%，則壓力調整為9MPa。

3.2 驅動系統

電機通過彈性聯軸器帶動支撐摩擦輪，支撐摩擦輪和輪對踏面相互受壓。當摩擦輪轉動時，輪對和摩擦輪之間產生靜摩擦力，驅動輪對轉動。摩擦傳動中有彈性滑動，以及打滑，這樣都將導致傳動速度和功率損失，即消耗功率。輪對材料的彈性模量越低，這兩項損失越大。彈性滑動可通過高彈性模量材料輪的方法予以減輕，所以摩擦輪采用耐磨合金鋼ZGMn13-2，用熱處理方法提高其彈性模量。

3.3 機械系統

（1）油缸保護。為保護油缸以及使系統運轉穩定，在輪對前后方向，油缸的旁邊加導柱導套；導套下部和油缸一起固定于底座上，上部則和油缸的外部共同固定在側面立柱上；導柱則與活塞桿一起連接固定在輪對軸承支座上，這樣既增加強度，又增加穩定性。

（2）輪對軸向定位。輪對必須軸向定位，才能保證兩摩擦輪和輪對的相對位置，由于輪對在鋼軌上的有16mm左右的軸向移動量，因此輪對滾入磨合機下方時的軸向位置不確定，為保證輪對軸向定位，在兩鋼軌中間加入軸向定位塊，利用輪對兩輪內側面定位。該定位塊緩慢過渡，輪對進入磨合機正下方時，則強迫輪對處于鋼軌中心位置。

（3）軸承支座的定位。軸承支座采用自定位方式，其結構為外端有小于30°的斜坡，斜坡下部有一垂直定位臺階，當輪對被頂起時，首先進入斜坡，由于自重作用，滑向底部，進入定位臺階內，兩端被相對限制后，起到定位作用。

3.4 測溫系統

采用已非常成熟的測溫技術——溫度傳感器。在開始磨合前，對軸承磨合前的外圈溫度（即環境溫度）進行采集，傳至計算機，然后進行5min的加載磨合測試，并對軸承外圈溫度分3點均分采集，取其溫度平均值傳至計算機，計算出其溫升（溫升=磨合后外圈溫度平均值-環境溫度），由計算機判斷其溫升是否符合要求。

3.5 制動控制系統

制動系統采用能耗電力制動，磨合時間5min，用時間繼電器控制。輪對磨合結束后，中間繼電器作用，系統自動進入制動階段。其原理為：電機通上直流電，利用電磁力制動電機，再通過摩擦輪制動輪對，制動時間可通過時間繼電器調整。

4 主要技術特點

（1）結構獨特，合理巧妙，簡單實用。摩擦驅動輪同時又作為壓緊輪，升降油缸既支撐輪對又起加載的雙重作用。

（2）實現加載磨合。模擬軸承加載，最大加載總質量可達23 t。

（3）磨合過程控制實現半自動，磨合動作結束后能自動進入制動程序等，操作方便。

（4）液壓系統與電器系統相互鏈鎖，輪對沒被夾緊至設定的程度，不能進行輪對磨合。液壓系統采用液控單向閥等原器件，系統完善，即使突然斷電等特殊情況，系統也安全可靠。

（5）模塊化設計，各系統采用成熟技術，且相對獨立，便于維修。

5 結束語

本文介紹的貨車滾動軸承加載磨合機，適應了鐵路高速重載的發展方向，提高了貨車輪對的檢修質量，具有較突出的優點，對確保貨物列車的運行安全必將發揮重要的作用。

[1]胡振綏，孫樹才.車輛修造專用設備電氣控制[M].成都：西南交通大學出版社，1990.

[2]吳宗澤.機械設計師手冊[S].北京：機械工業出版社，2002.