高速鐵路軸承概述

楊曉蔚

(洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

1 高速鐵路及市場

根據(jù)國際鐵道聯(lián)盟的定義，高速鐵路是指新建鐵路營運(yùn)速度250 km/h以上，改建鐵路營運(yùn)速度200 km/h以上的鐵路系統(tǒng)。世界上首條高鐵是日本東京至大阪之間的新干線，于1964年正式營運(yùn)，營運(yùn)速度超過200 km/h。截至目前，開行200 km/h以上高速列車的國家還有法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國、美國和俄羅斯等國，正在積極建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)的有瑞士、奧地利、丹麥、加拿大、澳大利亞、韓國、印度和越南等國。

我國從2004年開始引進(jìn)高鐵技術(shù)，2008年8月1日，中國第一條高鐵——京津城際鐵路通車運(yùn)營，截至2010年底，高鐵運(yùn)營里程達(dá)到8 358公里，占全世界高鐵運(yùn)營里程的三分之一以上。根據(jù)規(guī)劃，到2012年，我國將建成42條高鐵客運(yùn)專線，總里程將超過1.3萬公里，到2020年總里程將達(dá)到1.8萬公里。

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，目前全球鐵路市場(不含中國)容量為1 200億歐元/年，約合1萬億元人民幣/年，其中在高鐵中采用動車組的比重很大(如日本現(xiàn)達(dá)87%；荷蘭、英國分別占83%和61%等)，市場空間巨大，發(fā)展前景良好。

2 我國高速鐵路動車組概況

從2005年起至今，中國高鐵動車組研制生產(chǎn)可分為3個平臺：第1個為時速200 km級平臺；第2個為時速300 km級平臺；第3個為時速300 km以上的平臺。前2個平臺是在引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上形成的；第3個平臺則定位為通過自主創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)時速350 km以及380 km的動車組而形成。具體情況如下：

CRH1，四方機(jī)車車輛+加拿大龐巴迪+鮑爾(簡稱BSP)生產(chǎn)，200 km級別(營運(yùn)速度200 km/h，最高速度250 km/h)。

CRH2，四方機(jī)車車輛+日本川崎重工生產(chǎn)， 200 km級別(具有提升到300 km級別能力)。

CRH3，唐山軌道客車+德國西門子生產(chǎn)， 300 km級別(營運(yùn)速度330 km/h，最高速度380 km/h)。

CRH5，長春軌道客車+法國阿爾斯通生產(chǎn)， 200 km級別。

CRH380，其中CRH380A由四方機(jī)車車輛在CRH2的基礎(chǔ)上自主研制，與原型車相比，每個動力單元的牽引功率由原來的4 800 kW增加到9 600 kW；CRH380B由長春軌道客車與唐山軌道客車在CRH3的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)和再創(chuàng)新而成，與原型車相比，CRH380B每個動力單元的牽引功率由4 400 kW增加到4 600 kW;改進(jìn)車型CRH380C則進(jìn)一步增加到4 800 kW。CRH380的設(shè)計(jì)運(yùn)營時速為380 km。

動車組的短編組(8輛)結(jié)構(gòu)為：CRH1和CRH5，5M3T(即5輛動車+3輛拖車)；CRH2，CRH3和CRH380B，4M4T；CRH380A，6M2T。長編組(16輛)為兩列短編組聯(lián)掛(兩組重聯(lián))運(yùn)行(動車型號后加字母L)，如CRH380BL為8M8T，但CRH380AL為14M2T。

目前，高鐵動車組主要生產(chǎn)企業(yè)的年生產(chǎn)能力為：四方機(jī)車車輛，1 600輛；BSP，800輛；長春軌道客車，1 000輛；唐山軌道客車，768輛。

在現(xiàn)已建成運(yùn)營的主要高鐵線路上，所采用的主力動車組分別為：京津城際——CRH3， CRH2；滬寧城際、武廣——CRH3，CRH2，CRH380A；鄭西——CRH2；滬杭——CRH380A；京滬——CRH380A，CRH380B。

每列動車組的價格，目前約為2億元(西門子提供的CRH3原型車每列價格為2.5億元)，其中動車約3 000萬元/輛。

3 我國高速鐵路軸承市場

生產(chǎn)鐵路軸承的國外著名公司主要有瑞典SKF，德國FAG，美國Timken，日本NTN，NSK和KOYO等。其中，SKF的軸箱軸承在全世界應(yīng)用最廣，如日本川崎重工出口到臺灣的高速鐵路動車組的軸箱軸承不是采用日本軸承而是SKF軸承；FAG在齒輪箱和電動機(jī)軸承方面占據(jù)主導(dǎo)地位；Timken的軸箱用圓錐滾子軸承具有優(yōu)勢；日本幾家公司的軸承主要用于日本國內(nèi)新干線中，如NTN可提供軸箱、齒輪箱和電動機(jī)等全線軸承；SNR主要生產(chǎn)軸箱軸承，但于2006年1月已被NTN收購。

目前，我國高鐵動車組軸承全部為進(jìn)口，以軸箱軸承為例，具體配套情況如下：CRH1和CRH5使用SKF軸承；CRH2使用NTN和NSK軸承；CRH3使用FAG軸承。

根據(jù)鐵道部“十二五”發(fā)展目標(biāo)，至2015年，全路投入運(yùn)營的動車組達(dá)到1 500列以上。按每一標(biāo)準(zhǔn)列8輛編組,每一輛動車配套8套軸箱軸承,每套軸承0.5萬元(或按更高價格1萬元)計(jì)算，共計(jì)9.6萬套軸承4.8億元(9.6億元)。而截至2010年底，保有量已約500標(biāo)準(zhǔn)列，因此“十二五”期間，總計(jì)只有3.2億元(6.4億元)的市場容量，平均每年僅0.64億元(1.28億元)。2015年后，高鐵線路及動車組接近飽和點(diǎn)，高鐵軸承市場將主要轉(zhuǎn)向更新維修，但由于高鐵軸承的使用壽命較長，一般要求為240萬公里以上，因此維修市場的份額也不大。

4 高速鐵路軸承的主要技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)要求

4.1 軸承結(jié)構(gòu)型式與外形尺寸

我國高鐵動車組軸箱軸承均為雙列圓錐滾子軸承，基本結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。其中，200 km級別軸承的外形尺寸為d×D×B=130 mm×230 mm×160 mm；300 km級別軸承的外形尺寸為d×D×B=130 mm×240 mm×160 mm。

圖1 高鐵動車組用軸箱軸承

4.2 軸承材料

高鐵動車組軸箱軸承套圈和滾子所用材料，歐洲與日本一般采用真空熔煉鋼(屬于薄弱零件的滾子則采用真空重熔鋼)，我國鐵路軸承一般規(guī)定采用電渣重熔鋼，高鐵軸承也有采用真空精煉+電渣重熔鋼的。

4.3 軸承載荷與接觸應(yīng)力

各型號動車組的編組質(zhì)量見表1。

表1 各型號動車組的編組質(zhì)量

以編組質(zhì)量最大的CRH5為例，以平均值估算，每套軸承載荷約為68.7 kN，最大滾動體載荷約為7.6 kN，內(nèi)圈滾道與滾子的接觸應(yīng)力約為810 MPa。

4.4 軸承轉(zhuǎn)速

各型號動車組的車輪直徑見表2。

表2 各型號動車組的車輪直徑

以運(yùn)營速度最快的CRH3為例，時速為300 km時，軸承轉(zhuǎn)速約為1 730 r/min。

4.5 軸承壽命

對于最高運(yùn)營速度不大于200 km/h的軸承，質(zhì)保期為90萬公里(或4年)，經(jīng)過段修后須保證在一個段修期內(nèi)不發(fā)生檢修質(zhì)量問題，運(yùn)行里程達(dá)280萬公里或使用時間達(dá)10年必須報(bào)廢。

對于最高運(yùn)營速度大于200 km/h的軸承，120萬公里免維護(hù)，檢修后再使用至240萬公里后報(bào)廢。

日本高鐵軸承為120萬公里免維護(hù)，300萬公里或6～7年后報(bào)廢。

SKF對運(yùn)營速度不高于200 km/h的鐵路軸承，臺架試驗(yàn)必須運(yùn)轉(zhuǎn)60萬公里當(dāng)量里程，裝場試驗(yàn)必須為其年里程數(shù)的2倍或60萬公里；高于200 km/h的鐵路軸承，臺架試驗(yàn)必須運(yùn)轉(zhuǎn)80萬公里當(dāng)量里程，裝車試驗(yàn)必須達(dá)到100萬公里。

5 結(jié)束語

(1)高鐵軸承在高速、長壽命的條件下，首先要求具有高可靠性，以保證高鐵動車組運(yùn)行的高安全性，技術(shù)質(zhì)量水平及工程經(jīng)驗(yàn)積累都十分重要，技術(shù)門檻和風(fēng)險均較高。

(2)高鐵軸承市場本身容量不大，研發(fā)的技術(shù)意義，遠(yuǎn)大于市場意義、社會效益遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。

(3)中國現(xiàn)已成為世界高鐵大國，包括軸承在內(nèi)的許多關(guān)鍵技術(shù)，必須盡快掌握和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，以期占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)，真正具備高端市場的核心競爭力。