鐵路車輛軸承優化運用與分析

姜玲

摘要：軸承作為高速運轉的鐵路車輛的重要零部件，直接關系車輛的運行安全和行駛速度。對于軸承而言，其本身的質量及裝配手段顯得尤其重要。本文對目前鐵路車輛的軸承現狀進行了論述，通過軸承的設計、正確的裝配及有效的維護和檢測三個方面進行分析和討論，旨在為相關人員提供參考。

關鍵詞：鐵路車輛;滾動軸承;優化設計;游隙調整;裝配

中圖分類號：U216.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0125-02

0? 引言

軸承體現一個國家機械制造業技術水平的核心基礎部件，高端軸承更是代表了軸承技術中指標高、技術難的前沿技術。我國鐵路車輛，尤其是高速車輛的軸承也是我國高端滾動軸承中的一種，在運用中要求軸承應具備高精度運轉，高承載力和可靠性，低振動、噪音，耐腐蝕等特性。

我們目前已成為世界上鐵路運營里程最長、速度最高、在建規模最大的國家，我國鐵路車輛向著更高速、大功率及綠色環保方向的不斷發展，對其關鍵零部件——走行裝置和驅動動系統提出了更高的挑戰。其中可靠性和安全性要求非常高的重要組成部分，滾動軸承的穩定性尤其關鍵。在車輛高速運轉時，軸承會面臨三大方面的考驗：一是高速頻繁的振動對軸承的影響，二是高速運轉下軸承升溫問題，三是高速度所帶來的潤滑問題。這三個嚴苛的問題需要從優化軸承制造、軸承正確的裝配方法及有效的防護和檢測措施等方面入手解決。只有這樣，才能更好的保障軸承高質量的運用。

1? 滾動軸承的優化設計

我國的鐵路車輛技術已經走向國際，但是其核心部件“軸承”仍要依賴進口，中國是軸承大國，卻不是軸承強國。我國與國外一些先進公司的軸承結構參數幾乎相同，但是我國此類產品的振動和噪聲水平卻與國外產品有一定的差距。主要原因是其制造和工況因素等方面的影響。在高端軸承制造中有兩個基礎性問題，那就是“高性能的材料”和“高質量的加工”，如何鍛造出“高純凈度”和“高均勻性”的軸承鋼，將鋼中含氧量控制在最低，一直是我國鋼鐵企業面臨的難題。工況因素可以通過對主機提出合理性要求來解決，但如何降低由生產制造因素所引起的振動及噪聲是軸承行業首要要解決的關鍵問題。實驗表明，各加工工藝的合理性和穩定性會影響軸承的壽命，尤其是軸承的熱處理和磨削工藝，與軸承的失效有著直接的關系。軸承振動會受保持架及滾子的加工質量的影響程度而不同，其中滾子的加工質量對軸承振動影響力是最大的，最主要的影響因素是滾子的粗糙度、波紋度、表面缺陷、表面磕碰傷等方面問題。

通過建模和精化工藝流程，建立嚴格的制造標準，對不同應用工況進行分析，對滾子軸承進行特定的整體和微觀結構優化設計，有效的降低滑動摩擦扭矩，從而可以更好的提高滾子軸承高速運用性能。此外，載荷、溫度、游隙、粘度等潤滑因素也是影響軸承速度的關鍵量，對其進行量化計算分析，也可以達到最優的設計。

2? 滾動軸承正確的裝配方法

無論多么高性能的軸承，如果使用不當，則不會得到預期的效果。運用中的幾大因素對軸承影響非常大，其中振動對軸承的損傷是相當大的，會出現如銹蝕、剝落、壓痕、裂紋、磨損等現象，引起這些現象的原因是比較復雜的，如振動使內外圈配合處發生磨損而使其相互配合導軌偏移，或是致使軸承疲勞。另外溫度對軸承的影響也是非常大的，高溫通常表示軸承已處于異常情況，高溫也對軸承的潤滑劑有不好的影響，若長期高溫連轉會降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑，潤滑劑內含有雜質，負載過大，軸承損環，間隙不足，及油封產生的高磨擦等等。因此除了優化軸承設計與制造工況外，對于高速運轉的鐵路車輛采用的滾子軸承，在裝配時要確保其嚴格的環境、尺寸、選配及檢測標準，最大限度的減少因裝配不當而引起的此類損傷，以確保軸承高精度的運轉。

首先來看軸承裝配前需要注意的幾項問題。軸承使用中最重要一點是 “清潔”。因為灰塵隨時會對軸承造成惡劣影響，甚至是看不到的灰塵也會造成軸承早期磨損或早期剝離等現象發生，所以在裝配過程中必須保持環境的清潔度。要求：軸承的裝配作業的場所、作業臺、裝配時使用的工具類以及車軸、軸承箱和還其它部件要與軸承同樣保持清潔;還有軸承在使用前盡可能不要打開涂抹防銹劑的包裝。其次裝配前的防銹工作也是必不可少的。如果軸承生銹，所產生的硬狀顆粒，會像研磨劑一樣使軸承出現磨損。軸承生銹的原因有濕氣、氧、鹽分等，人手上的汗液、潤滑劑中水分等都是重要的起因，所以部件裝配作業時，必須佩戴干凈的手套以防止生銹，當必須徒手裝配作業時，必須將手充分清洗干凈，并涂上優質礦油，然后再進行作業。空氣中的水分（濕氣）也是生銹的原因之一，所以軸承要保存在干燥處。最后是軸承裝配作業時對軸承的振動和沖擊，應盡量避免因強力敲打和脫落等沖擊使得軸承致傷，若必須對軸承敲擊時，要在軸承端面處施加同等的力，促使軸承正確滑入并裝配完成。并盡量采用塑料錘，只能使用鋼錘時，必須墊加非鐵制的墊板。無論任何場合都不能敲擊保持架。

滾動軸承游隙的調整和預緊是滾動軸承裝配工作的一個重要環節，是提高軸承旋轉精度和承載能力、降低軸箱裝置振動和噪聲及減少軸承的疲勞強度的有效手段。因此，準確把握游隙調整和預緊的工藝，并且在裝配中正確地運用這些工藝方法，是軸承裝配工作質量的保證。滾動軸承裝配時，其游隙不能過大，也不能過小。游隙太大，會使單個滾動體的承受的載荷增大，降低軸承的旋轉精度和使用壽命，增大系統振動，軸承噪聲大;游隙太小，會增大摩擦力，增加軸承熱量，磨損加劇，同樣也致使軸承壽命減少，甚至是使滾動體卡死而無法正常工作。因此，軸承在裝配時都要嚴格控制和調整游隙。

高速車輛的軸承承受載荷越大，其旋轉精度要求就越高，軸承安裝需要過盈配合裝配，這種情況下就需要在裝配時對軸承進行預緊工作，要在熱平衡條件下達到游隙調整和預緊的要求。裝配時可以通過預緊給軸承的內圈或外圈一個軸向力，以消除軸承游隙，并使滾動體與內、外圈接觸處產生初變形。預緊能提高軸承在工作狀態下的剛度和旋轉精度。滾動軸承實際的理想工作間隙，是在軸承溫升穩定后所調整的間隙。因此，軸承游隙的調整應分兩個階段進行：首先在常溫下按照有關的操作規范和技術要求對軸承游隙進行調整，至間隙合適并用手轉動應感到旋轉靈活;然后，將調整機構適當回松（防止試車時由于溫度升高而使軸承突然抱死），進行空運轉試驗，從低速到高速空運轉時間不超過2小時，在最高速的空運轉時間不少于30分鐘，軸承應運轉靈活、噪聲小、工作溫度不超過50℃，最后將調整機構復位并鎖緊即可。滾動軸承軸向游隙的調整方法有很多，如墊片調整法、螺母調整法、螺釘擋蓋調整法和內外套調整法等。其中較常用的方法是墊片調整法。

裝配時，軸承套內孔需涂潤滑油，良好的潤滑不僅可以起到減小摩擦的作用，同時還對軸承和軸上零件具有冷卻作用。滾動軸承游隙進行調整以后，摩擦會有所加劇，產生的熱量會使整個軸箱裝置溫度有所升高。如果不能及時散熱，這些熱量就會使這些零件尺寸發生變化，從而影響到滾動軸承間隙的變化，產生更多的熱量，形成惡性循環。因此，對于經過游隙調整的滾動軸承，必須要保持良好的潤滑，以減少摩擦，更重要的是用不斷循環流動的潤滑油帶走大量的熱，控制溫度的升高，以實現整個系統的熱平衡。

常見的裝配錯誤方式：一是沒有進行準確的軸承內圈與車軸、箱蓋內孔與軸承外圈的過盈配合量的計算和選配工作;沒有進行嚴格的尺寸配合，過松會使軸與內圈、箱蓋體內孔與外圈之間產生滑動，滑動摩擦將會使軸承因發熱而損壞。這種現象稱為“跑內圈”，和“跑外圈” 。“跑內圈”會使軸承內圈端面產生熱裂紋，熱裂紋的不斷延伸，將使軸承內圈在使用中斷裂，并且產生的高溫還會使表面金屬熔化并產生粘連。“跑內圈”會引起高溫，而縮短軸承壽命，使軸承發熱而損壞。二是裝配過程中使用鐵器錘擊軸承，會使軸承擋邊受損，要使用套筒等專用工具。三是加熱溫度過高。要使用軸承加熱器專用工具。

總之，軸承裝配條件是使用中的決定因素之一，軸承會因裝配不當而導致整套軸承各零部件之間的受力狀態發生變化，使軸承運轉不正常而提早失效。滾動軸承按工藝正確裝配、合理使用、認真執行游隙的調整和預緊工藝，是提高軸承旋轉精度和承載能力的有效措施。操作中除了應達到滾動軸承裝配的一般技術要求外，還要重點考慮軸承溫升和潤滑對調整工作的影響，并且工作中做到耐心細致，方能高效和高質。

3? 有效的維護及檢測措施

根據軸承裝配、使用、維護和檢測的技術要求，對運用中的軸承所承受的載荷、滾動聲、轉速、溫度、振動和潤滑狀況進行實時監控和有序檢查，及時發現異常情況，查找原因，并立即整改，使其恢復正常工作。對于軸承的檢修，也有嚴格的工藝流程和技術要求。拆卸下來的軸承，要進行檢查和判斷，以確認是否可以再次使用。

使用先進的專業拆卸工具，對軸承進行正確的拆卸，避免因工具或操作不當對軸承造成損傷。正確拆卸后，要對軸承進行一系列的檢查和測量。首先記錄軸承的外觀，確認潤滑劑的殘存量，取樣檢查用的潤滑劑之后，使用汽油、煤洗等清洗劑進行軸承清洗。軸承清洗，分粗洗和細洗，在粗洗油中，使用刷子清除去除滑脂、粘著物，大致干凈后，轉入精洗。精洗，是將軸承在清洗油中一邊旋轉，一邊仔細的清洗。清洗油也要經常保持清潔。接下來要檢查滾動道面、滾動面、配合面的狀態、保持架的磨損情況、軸承游隙的增加及有無關尺寸精度下降的損傷，異常等。如果軸承在檢查時出現以下缺陷就不能再使用：滾動體表面存在毛刺、劃痕、裂紋，或是有明顯的熱變色;內圈、外圈、滾動體、保持架的任何一個上有裂紋或缺口及斷裂;滾道面、擋邊、滾動體有顯著卡傷;保持架磨損顯著，或者柳釘顯著松弛;滾道面、滾動體有嚴重壓痕和打痕;內圈內經面外圈外經面有明顯蠕變;封入軸承潤滑脂油量是否合適，密封圈或防塵蓋的破損明顯等。判讀軸承是否可以再次使用，要綜合考慮軸承損傷程度，運用條件和檢修周期等，檢修時使用專門的工具和設備，嚴格按照技術規范進行檢查和測量。

高速鐵路車輛的走行部即轉向架是保證列車高速、安全、平穩的核心部件，軸承是其中的關鍵零部件之一，車輪通過軸箱、彈簧與轉向架的構架與車體相連，軸箱軸承直接承受車輛自重、載荷及鋼軌對車輪的縱向、橫向和垂向的沖擊，還有在急速轉彎、偏載或加減速時牽引力帶來的附加沖擊，時刻都在考驗軸箱軸承的承載力和耐力。因此如何有效的提高滾動軸承的耐沖擊振動、工作可靠性、安全性及較高的壽命是高速鐵路車輛要不斷研究和突破的一個課題，并且致力于設計優質的精密軸承，開發軸承狀態檢測與故障診斷技術，使我國真正的成為安全和高速的鐵路運營大國。

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