高速動車組輪對軸承壓裝工藝優(yōu)化與應(yīng)用

王明萌 韓樹濤 孫志鵬

摘 要：針對高速動車組輪對軸承壓裝生產(chǎn)過程中存在的風(fēng)險隱患，深入分析論證引進技術(shù)的不足，改進軸承壓裝設(shè)備，并結(jié)合自身技術(shù)能力提出“6字軸承壓裝法”，創(chuàng)立高速動車組軸承組裝工藝技術(shù)的“中國方案”。

關(guān)鍵詞：軸承；壓裝；工藝技術(shù)

中圖分類號：U270.6 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

高速動車組輪對軸承組成是直接影響車輛運行安全轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是高速動車組制造工藝領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。從技術(shù)僵化到消化再到創(chuàng)新過程中，我們在原有成熟制造工藝的基礎(chǔ)上，總結(jié)出“6字軸承壓裝法”，改進壓裝設(shè)備并運用壓力—位移曲線判定壓裝結(jié)果，已推廣應(yīng)用于我司各型高速動車組平臺輪對軸承壓裝，下面介紹具體的分析過程及改進措施。

1 問題提出

1.1 軸承壓裝工藝（圖1）

高速動車組軸承為整體自密封結(jié)構(gòu)，外圈承受車輛重量載荷，內(nèi)圈隨著輪對圓周方向轉(zhuǎn)動。具體壓裝步驟如下：

1.1.1 環(huán)境要求

軸承組裝環(huán)境需要苛刻，降塵量、溫濕度變化均有細致要求。

1.1.2 清潔檢測

使用清洗劑及工業(yè)擦凈紙對軸頸、軸承內(nèi)圈等部位進行檢查和清潔，配合表面不得有損傷，軸承、輪對、量具等全部需要至少同溫8 h，然后檢測各配合部位尺寸合格后方可組裝。

1.1.3 涂抹潤滑

在軸頸和軸承內(nèi)圈表面均勻涂抹潤滑介質(zhì)，以減少車軸軸承間配合面的摩擦，從而避免壓入過程中出現(xiàn)卡滯和拉傷。

1.1.4 連接定位

連接導(dǎo)向套與軸端，通過定心環(huán)使車軸與連接導(dǎo)向套同心，壓裝套筒作用在軸承內(nèi)圈外端部，通過液壓缸推力將軸承壓入。壓裝過程中需轉(zhuǎn)動軸承，防止軸承卡滯。

1.1.5 游隙測量

軸承壓裝完成后拆卸工裝，安裝軸端壓板檢測軸承游隙須符合要求。

1.2 存在問題

（1）時常出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，軸承內(nèi)各組件配合狀態(tài)的不確定性，對軸承運行帶來隱性風(fēng)險。

（2）由于操作者手工裝配誤差，工裝配合后同軸度誤差較大，軸承壓裝過程中易出現(xiàn)跳頓現(xiàn)象。

（3）既有軸承壓裝設(shè)備無法記錄配合過程，僅憑操作者個人目視判斷，產(chǎn)品質(zhì)量受人為因素影響大。

2 問題分析

輪對軸承壓裝質(zhì)量的核心要素為壓裝力和保壓時間。我們圍繞核心要素進行了針對性的研究分析和理論計算，并對生產(chǎn)現(xiàn)場進行持續(xù)跟蹤和優(yōu)化。

2.1 壓裝卡頓問題分析

軸承壓裝時的卡頓現(xiàn)象，設(shè)定車軸、軸承配合部位尺寸及形位公差合格為首要條件，尺寸問題導(dǎo)致卡頓將不做分析，因此該文從表面粗糙度和壓裝力2個方面入手分析。

2.1.1 表面粗糙度影響

根據(jù)車軸車輪壓裝經(jīng)驗，軸頸表面加工紋理真實存在的峰谷差小，涂抹的潤滑介質(zhì)在軸承壓入過程中受擠壓很難存留，配合表面擠壓過程中缺少潤滑介質(zhì)。

2.1.2 壓裝力影響

壓裝過程受力是復(fù)雜的，并且是動態(tài)變化過程，國內(nèi)開展了許多對于軸承壓裝方面的研究，胡宏偉論證了壓裝力P壓與位移X之間的關(guān)系。在軸承壓裝設(shè)備增加力學(xué)傳感器采集設(shè)備輸出壓力，以壓裝力—位移曲線反映出軸承壓裝過程狀態(tài)，可作為判斷軸承壓裝合格等重要依據(jù)。

2.1.3 設(shè)備輸出壓裝力分析

卡頓現(xiàn)象需考慮既有軸承壓裝設(shè)備瞬時輸出壓裝力是否滿足阻力。既有軸承壓裝裝置為恒定壓裝力壓裝，油缸截面積直接決定瞬時輸出壓裝力。以CRH5A型動車組SKF 8545AD型軸承壓裝為例進行分析，圖紙要求軸承壓裝壓力為274.4 kN～313.6 kN，貼合前最小壓裝力大于等于41.4 kN。

由于采用中空油缸，則有效截面直徑應(yīng)大于50 mm，實測現(xiàn)有軸承壓裝裝置的有效截面直徑為60 mm，設(shè)備冗余不足，當(dāng)壓裝力瞬時可能無法克服過盈量阻力，需要液壓缸停頓蓄力過程，可能造成壓裝過程卡頓。

2.2 設(shè)備工裝問題分析

2.2.1 設(shè)備影響分析

理想壓裝力狀態(tài)是軸承內(nèi)圈中心與油缸中心重合，軸承重力垂直作用于軸承移動方向。既有設(shè)備無定心頂尖結(jié)構(gòu)，需靠操作者的目視觀察水平找正，這要求操作者較高的技能水平，且效率低下。同時，僅通過底部走行車輪定位，相對于輸出的壓裝力，設(shè)備剛性不足。

2.2.2 工裝影響分析

連接工裝作用為導(dǎo)向及支撐，既有工裝整體采用螺栓與車軸連接，導(dǎo)向連接套依靠定心環(huán)與車軸定位，為保證定心環(huán)與車軸之間的裝配關(guān)系，則定心環(huán)與車軸直徑間隙0.5 mm。則導(dǎo)向連接套與軸頸之間同軸度最大誤差為0.5 mm，軸承壓入過程中存在高度差，則軸承內(nèi)圈與車軸過盈配合過程產(chǎn)生跳頓。

3 改進措施

3.1 軸承壓裝設(shè)備改進

采用專用臥式雙頭軸承壓裝機壓裝軸端軸承，帶有壓裝力和位移傳感器，實時采集監(jiān)控軸承壓裝過程，輪對兩端自動調(diào)節(jié)高度，通過車軸中心孔頂尖完成定位。

3.2 組裝操作優(yōu)化

長時間的生產(chǎn)跟蹤，我們總結(jié)出了高速動車組輪對軸承“6字軸承壓裝法”，即

“修”—壓裝前修磨車軸端部倒角，然后使用200目以上細砂紙，沿車軸表面成45°和135°方向交叉打磨車軸軸頸表面，并使用清洗劑和工業(yè)擦凈紙清潔（上述工作需在軸承恒溫間外完成）；

“測”—同溫下測量車軸、軸承配合尺寸及軸頸剩磁量；

“涂”—均勻涂抹潤滑截至，并在規(guī)定時間內(nèi)完成壓裝；

“正”—軸承與車軸找正后，利用頂尖定位夾緊；

“轉(zhuǎn)”—軸承壓裝時，沿同一風(fēng)向轉(zhuǎn)動軸承外圈，避免軸承軸向壓裝時，軸承滾子圓周運動方向卡滯；

“檢”—使用百分表和磁力表座，拉壓檢查軸承游隙。

4 結(jié)論

（1）專用雙頭軸承壓裝機的應(yīng)用，實現(xiàn)了軸承壓裝自動化，提升生產(chǎn)效率的同時降低了操作者技能水平要求。壓力—位移曲線驗證軸承壓裝過程，避免人為因素對軸承壓裝的影響，可靠保證了軸承壓裝質(zhì)量。

（2）“6字軸承壓裝法”，是獨有我司特色的工藝管控模式，是中國標(biāo)準(zhǔn)的高速動車組輪對軸承制造工藝技術(shù)的凝練，現(xiàn)推廣應(yīng)用于我司各型軌道車輛輪對軸承組裝。

參考文獻

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[2]劉勝勇.軸承壓裝曲線不良原因介析[J].機車車輛工藝，2005（12）：38-39.

[3]上海交通大學(xué)力學(xué)教研室.工程力學(xué)（下）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1978.