一種新型動車組軸承勻脂跑合機

周海泉，周文錦

(江西奈爾斯西蒙斯赫根賽特中機有限公司，南昌 330096)

輪對軸承是保障動車組安全、平穩運行的關鍵部件之一，動車組每個軸箱上均安裝有溫度傳感器以實時監控動車組運行時軸承的溫度變化，若溫度異常會報警[1]。現行動車組運營管理辦法規定：軸承發生暖軸報警后動車組需立即停車檢查，在后續交路中限速200 km/h；軸承發生熱軸報警后需立即停車檢查，在后續交路中限速40 km/h，車輛回所后需拆卸輪對檢查軸承[2]。若出現誤報，會影響動車組的正常調度，甚至可能會導致動車組晚點等嚴重后果。對軸承異常溫升報警的故障分析發現，更換新軸承后初期運行時軸溫偏高，易引發熱軸報警故障。這是由于新輪對軸承中潤滑脂填充量往往大于實際需求量，運轉初期多余的潤滑脂會被逐漸甩離滾道，堆積在保持架上或 軸承護蓋空腔中[3]。這部分潤滑脂運動中會產生黏滯摩擦，導致軸承溫度迅速上升，該過程也被稱為潤滑脂跑合階段，故大部分新上線軸承的暖軸、熱軸報警并非軸承故障所致，為誤報。

為避免該情況出現，在高級修或臨修更換新軸承后會先用段內勻脂跑合機對新軸承進行勻脂跑合。動車組軸箱軸承均采用機器注脂，空間有限,無法使潤滑脂均勻分布，需要跑合較長時間才能使潤滑脂分布均勻[4]。現有勻脂跑合機存在能耗高，安全性差，跑合轉速低等問題，勻脂效果不理想，經勻脂機跑合后還需上線空車往返行駛近300 km進行線上勻脂跑合，即便高級修只更換一兩套軸承也需按此步驟進行勻脂跑合。這不僅占用了線路及動車組，導致運營成本上升，還不能保證投入使用時已完成軸承勻脂，仍可能在運行初期出現軸溫異常報警現象[2]。針對上述問題，創新設計了一種固定輪對、驅動軸承外圈旋轉的軸承勻脂跑合機。

1 勻脂跑合機結構設計

該勻脂跑合機采用龍門通過式結構，如圖1所示，主要由橫梁、主軸箱、底座、輪對升降裝置、電氣控制系統、液壓系統等組成，主要技術參數見表1。采用下沉的安裝方式，即輪對升降裝置處于升起位置時其上的軌道與車間軌道對接，輪對可直接推入機床，推入到位后輪對升降裝置由液壓油缸驅動自動下降，使輪對的左右軸承外圓擱置于工藝軸箱軸瓦打開狀態下的固定軸瓦內。

1—底座；2—主軸箱；3—液壓系統；4—橫梁；5—加載裝置；6—溫度傳感器；7—操作臺；8—電氣控制系統；9—工藝軸箱；10—輪對升降裝置圖1 勻脂跑合機整體結構示意圖Fig.1 Diagram of overall structure of grease homogenizer

表1 新型勻脂跑合機主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of new grease homogenizer

1.1 加載裝置

為使軸承勻脂跑合符合實際運行工況，考慮采用負載跑合。橫梁左右設計有2套輪對加載裝置，主要由液壓油缸和壓爪等組成，如圖2所示。

1—液壓油缸；2—橫梁；3—壓爪圖2 加載裝置結構圖Fig.2 Structural diagram of loading device

液壓油缸向下運動使壓爪壓緊輪對踏面，實現勻脂跑合過程的加載及防止軸承外圈帶動輪對旋轉，加載的壓力通過調整液壓壓力實現。為確保壓爪牢靠的壓緊輪對踏面，液壓油缸和壓爪均采用鉸接結構。

1.2 主軸箱

為滿足1條輪對2套軸承同時跑合，該跑合機設計為左右2個主軸箱，主軸箱主要由主軸箱體、套筒、螺桿、手輪、主軸、聯軸器及變頻電動機等組成，如圖3所示。

1—主軸；2—套筒；3—主軸箱體；4—螺桿；5—手輪；6—聯軸器；7—變頻電動機圖3 主軸箱結構圖Fig.3 Structural diagram of headstock

可通過手輪、螺桿使套筒軸向移動，以滿足動車組輪對2 180～2 382 mm軸長范圍內軸承的裝夾要求。主軸轉速采用電動機變頻無級調速，以滿足不同的轉速要求。

1.3 工藝軸箱

為使輪對軸承快捷、安全定位，工藝軸箱采用鉸接開合式軸瓦結構。工藝軸箱通過螺釘及端面鍵安裝于主軸端部，其主要由固定軸瓦、銷軸、壓緊螺釘、橡膠條及活動軸瓦等組成，如圖4所示。

1—固定軸瓦；2—銷軸；3—壓緊螺釘；4—橡膠條；5—活動軸瓦圖4 工藝軸箱結構圖Fig.4 Structural diagram of process axle box

為防止高速跑合時軸承外圈與軸瓦產生相對滑移，對應在軸承2個分離外圈位置安裝4個橡膠條以增大摩擦力。由于勻脂跑合的轉速較高，需對工藝軸箱進行動平衡測試，采用去重的方式進行平衡，保證平衡量不小于20 g·m。

1.4 結構優勢

1)采用旋轉軸承外圈勻脂跑合，由于軸承外圈的轉動慣量遠小于輪對的轉動慣量，整機耗能低，效率高，工作安全。

2)采用加載的方式進行軸承勻脂跑合，使軸承跑合時符合實際運行工況，軸承溫升準確。

3)工藝軸箱采用鉸接開合式軸瓦結構，輪對軸承定位快捷、安全。

4)采用通過式龍門結構及下沉的安裝方式，輪對升降裝置的軌道與車間軌道對接，輪對輸送便利。

2 勻脂試驗

2.1 試驗方案

以CRH3型輪對上使用的SKF BC2-0375軸承為試驗對象，取A,B,C,D,E,F,G,H共8套軸承，其中A,C,E,F為舊軸承,B,D,G,H為全新軸承，試驗前8套軸承均處于新注脂且未經勻脂的狀態。為更好顯示勻脂效果，將D,F軸承的半圓周滾子加注紅色潤滑脂，另半圓周加注藍色潤滑脂，其余6套軸承加注原色潤滑脂。

新型勻脂跑合機采用軸承外圈旋轉方式勻脂跑合，外圈滾道帶動滾子旋轉，而動車、高鐵在線路上運行則是軸承內圈旋轉帶動滾子旋轉。要滿足軸承滾子勻脂跑合速度與線路運行線速度一致，需對其轉速進行換算。 已知動車組輪對踏面直徑為790～925 mm，軸承內圈滾道直徑為158 mm，軸承外圈滾道直徑為210 mm，按動車組運行速度200 km/h及300 km/h可計算滾子線速度v1和v2范圍為

(1)

(2)

由(1),(2)式可得v1為569.37～666.67 m/min，v2為854.05～1 000 m/min。

由滾子線速度可得

569.37≤0.21πn1≤666.67，

(3)

854.05≤0.21πn2≤1 000，

(4)

式中：n1，n2為主軸轉速。

由(3)，(4)式可得n1為863.03～1 010.51 r/min，n2為1 294.54～1 515.76 r/min。

取n2轉速范圍的中間值1 405 r/min為試驗跑合轉速，開始時先提速至1 405 r/min進行跑合，若試驗過程中溫度超過110 ℃則采用降速跑合，等待溫度降至90 ℃再升速至1 405 r/min，重復此過程直至軸承跑合溫度穩定。

2.2 試驗結果與分析

試驗后潤滑脂狀態分別如圖5、圖6所示，跑合后潤滑脂均勻分布于軸承內。

圖5 勻脂跑合前后原色潤滑脂狀態Fig.5 Primary color grease state before and after grease homogenization running-in

圖6 勻脂跑合前后染色潤滑脂狀態Fig.6 Dyeing grease state before and after grease homogenization running-in

軸承初次跑合的溫度變化曲線如圖7所示，軸承溫度呈先升高后降低的趨勢，且溫度變化曲線的斜率先增大后減小，在40 min左右溫度達到最高，隨后軸承溫度逐漸下降，約2 h左右溫度趨于平穩，證明軸承已處于勻脂狀態[5]。

圖7 初次跑合時軸承溫度變化曲線Fig.7 Bearing temperature variation curves during first running-in

為進一步檢驗勻脂效果，待經跑合軸承的溫度恢復至室溫后(靜置24 h以上)，再將其安裝在勻脂跑合機上，與初次跑合同樣的加載條件下，跑合轉速1 405 r/min(與動車組線路運營速度相當)，記錄軸承再跑合的溫度變化曲線(圖8)，溫度從室溫逐漸上升，至一定溫度后趨于穩定。

圖8 再跑合時軸承溫度變化曲線Fig.8 Bearing temperature variation curves during rerunning-in

經多次重復試驗發現，軸承初次跑合溫升曲線在軸承新舊情況不一、加注潤滑脂不同或加載力不一致等各種因素影響情況下均保持近似曲線變化特征；再跑合溫升曲線也是如此，均在上升至某一溫度后保持平穩：2次跑合溫升曲線證明設計的勻脂跑合機能使軸承達到預期勻脂效果。

3 結束語

新型動車組軸承勻脂跑合機采用輪對固定、驅動軸承外圈旋轉的勻脂方式。該勻脂跑合機具有轉動慣量小，驅動功率小，跑合轉速達到軸承實際轉速，節能降本等優點，可降低動車組在高級修或臨修更換新軸箱軸承上線時因勻脂不充分導致的暖軸、熱軸誤報警率，節約了動車組運營成本。