CRH2动车组牵引电机轴承检修周期的探讨

李继红，桂俊峰，屈国庆

(1．北京交通大学 电气工程学院,北京 100044；2. 北京金煜瑞利公司，北京 100081)

1 轴承基本要求及结构类型

在高速运行的动车组上，牵引电机轴承是确保其安全运行的关键部件，也是最容易损坏的部件之一。由于牵引电动机空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制，其外形尺寸要求尽量小。因此，对动车组牵引电机轴承的要求除体积小、重量轻、有较高的机械强度和刚度外，还要求摩擦力小、安装拆解方便和使用寿命长等。

动车组牵引电动机外形与普通三相鼠笼异步电动机类似，每台动车组牵引电动机使用一组轴承(2套)，在动力输出端即靠变速箱端装用6311深沟球轴承，另一侧装用NU214圆柱滚子轴承[1]。

2 检修现状

2.1 修程及相关要求

目前我国动车组修程分为日检、月检、转向架修和大修4个等级。

(1)日检。为每运行结束后或48 h检修，称为一级检修，完成动车组易损易耗部件的更换、调整和补充。通过人工目视和车载信息系统对动车组技术状态和部分技术性能进行检查、检测，处理临时发生的故障。

(2)月检。为每运行3×104km或每月进行一次，称二级检修。在一级检修的基础上，增加检修项目，并通过车载信息系统对车上所有相关设备进行检测和性能试验。如进行车轴超声波探伤、踏面修形、电气回路绝缘检测、牵引电动机绝缘检测和车下电器过滤器类部件清扫除尘等专项检修。

(3)转向架修。每运行45×104km或每年进行一次，称为三级检修。在二级检修项目的基础上，进行转向架、轮对轴承、电机轴承和转向架主要零部件的分解检修。

(4)大修。每运行90×104km或每3年进行一次，称为四级检修。在三级检修项目基础上，对动车组各主系统进行分解检修、特性试验，必要时进行车体的涂装。动车组四级检修转向架为：分解检修包括牵引电动机、轮对轴箱组、转向架基础制动装置、油压减振器、牵引拉杆组及轴箱弹簧组等部件。

按动车组检修规程，CRH2型动车组运行(45±3)×104km或1年须进行三级检修(以先到为准，通常是里程先到)，更换轴承润滑脂；动车组运行到(90±10)×104km时须进行四级检修，更换牵引电机轴承润滑脂或视情更换轴承。

2.2 检修中存在的问题

由于动车组是引进项目，检修周期是按厂家提供的规程进行的，而不是根据中国铁路实际运行条件规定检修规程。在实施三级检修时，对牵引电机轴承进行分解检查和相关试验，发现轴承润滑脂性能没有变化，牵引电动机运行数据没有异常，从运行数据看还没有达到检修周期，此时如果更换牵引电机轴承润滑脂，将延长停车时间并造成润滑脂的浪费。

3 试验分析

3.1 试验数据采集

对轴承进行耐久性试验，分析转速、载荷、温度和振动等参数的影响，寻找轴承检修的最佳周期。轴承耐久性试验一般是在轴承试验机[2]上进行，模拟现场转速、载荷、温度和润滑等工况条件，采集和监视轴承运行中温度及振动的变化。试验中主要采集轴承运动时的转速、温度和振动信号，当轴承的转速一定时，温度可作为限制准则来判定轴承的转速能力[3]。温度过高会使润滑脂性能发生变化，以至失去润滑作用，使轴承振动加大。因此，通过轴承的温升和振动可以实现对轴承是否存在故障进行初步判断[4]。

3.2 试验对比分析

对2组动车组牵引电机轴承同时进行耐久性试验，1#试验轴上安装已运行了100×104km，拆解换脂后的轴承；2#试验轴上安装来自动车组三级检修现场，运行里程已达42.8×104km的轴承。试验条件为：转速6 000 r/min，径向载荷2 500 N，轴向载荷2 500 N。分别采集2组轴承内、外圈温度和径向、轴向振动值进行分析。试验机保护停车设置为：温度80 ℃，振动50g(g=9.8 m/s2)。计划运行时间为1 100 h，试验运行数据如图1～图3所示。

图1 1#轴轴承温度曲线

由图1可知，6311轴承外圈温度变化范围为(44±2)℃，内圈为(56±2)℃；NU214轴承外圈温度变化范围为(45±2)℃，内圈为(56±2)℃。2套轴承外圈温度变化范围不超过(45±3)℃，内圈温度变化范围不超过(56±2)℃，符合电动机运行中轴承内圈温度高于外圈温度的规律。整个试验过程运行比较平稳，2套轴承的内、外圈温度曲线变化极为相似，这表明1#试验轴上的牵引电机轴承可以继续使用。

由图2可知，在930 h(约32×104km)之前，6311轴承外圈温度变化范围为(42±3)℃，内圈温度为(54±2)℃；NU214轴承外圈温度变化范围为(41±3)℃，内圈温度为(54±2)℃。符合电动机运行中轴承内圈温度高于外圈温度的规律，整个试验过程运行中比较平稳，2套轴承的内、外圈温度曲线变化很相似。但在930～1 040 h，即约运行了110 h，6311轴承外圈温度上升到46 ℃，内圈温度上升到约60 ℃，处于非正常运行状态。而NU214轴承运行参数变化不大，处于正常运行状态。

图2 2#轴轴承温度曲线

由图3可知，1#试验轴6311轴承最大振动值约为15g；NU214轴承最大振动值约为15g，运行状态良好。2#试验轴在830 h(约29×104km)之前，运行数据与1#试验轴相似，运行状态良好；在830 ～1 070 h(约37.4×104km)时，6311轴承振动数据变化明显。6311轴承830～1 000 h时，最大振动值达32g；1 000～1 070 h时，最大振动值达48g；之后振动值又迅速下降到大约15g，即处于正常运行状态。

图3 轴承的振动曲线

综合图2、图3可以看出：2#试验轴运行到830 h时，6311轴承振动逐渐加大，大约在1 030 h时振动最大值接近48g， 外圈温度接近45 ℃， 内圈温度接近60 ℃，但仍没有超限(振动极限值50g、温度极限值80 ℃)；继续运行约40 h后，振动、温度又恢复正常(振动值20g以内、温度56 ℃)。出现此情况可能是外界杂质侵入轴承或者轴承内部有脱落物，经过200 h(约7×104km)的运行磨合，杂质被挤到沟道外部或被碾碎，运行数据又与1#试验轴上的轴承数据相同。

从试验曲线可以看出，换脂后的轴承运行38.5×104km没有故障，不换脂的轴承可能出现振动或温升，但仍能继续运行。如果轴承不换脂继续运行，为提高运行的安全性可以补加润滑脂，改善轴承内部的运行环境，延长一次换脂后的行驶里程。

4 检修规程改进方案

从轴承寿命估算方法看，在现行中国铁路运行条件下，轴承实际载荷比设计的载荷要小很多，故牵引电机轴承使用寿命要比设计寿命长，可以适当延长轴承的运行里程。从牵引电机轴承耐久性试验结果来看，轴承换脂后一次运行100×104km是可能的。从牵引电机轴承耐久性对比试验结果可知，轴承不换脂一次可运行81.3×104km，且各种参数仍在安全运行范围之内。

选取1台动车组进行现场运行跟踪，机车在运行到379 448 km时进行了三级检修，更换了牵引电机轴承润滑脂，在密切监视下行驶到996 945 km，进行四级检修，三级检修到四级检修之间行驶617 497 km而轴承没有出现异常，说明换脂后一次运行60×104km是可行的。

4.1 检修方案

根据对比试验和现场运行分析，提出CRH2型动车组三级检修由45×104km延长到60×104km，四级检修由90×104km延长到120×104km。即检修方案为：动车组运行到(30±5)×104km时对牵引电机轴承进行一次补脂，运行到60×104km进行三级检修，换脂或更换轴承，没有异常继续运行，运行到(90±5)×104km进行一次补脂，运行到120×104km进行四级检修，换脂或更换轴承，没有异常继续运行。

4.2 补脂及操作

电机轴承换脂后，轴承内部及端盖都是新油脂，运行条件与新轴承相同，使用寿命长。而轴承补脂后，轴承滚道及端盖内新、旧脂共存，运行条件与换新脂轴承不同，补脂对轴承滚道与滚动体表面保护油膜有修复作用，比不加注油脂轴承运行条件好得多。从换脂与补脂操作方面比较，换脂比补脂用时长，操作难度大；从成本方面比较，只要轴承补脂两次，安全运行相同里程后，即使检修时更换整套轴承也要比多次换脂划算。

动车组牵引电机轴承补脂，是从轴承的注油孔注脂，无需拆解电动机，在动车组定期检修时就可以进行，省时且操作简单。由于油嘴在轴承的某一点，补脂时要分几次加注以保证油脂分布均匀，补脂总量不变。

5 结束语

从动车组牵引电机轴承检修规程可以看出，必须制定出适合国内动车组运行条件的检修规程，应逐渐加大对CRH2型动车组牵引电机轴承的试验力度，掌握牵引电机轴承运行不同里程数时轴承及其润滑脂的变化情况，获得使用不同油脂的运行数据，为不同车型、不同线路、不同油脂的动车组牵引电机轴承检修提供可靠的数据支持。