HXD1B 型电力机车轴箱轴承故障分析

2016-05-14刘民

企业技术开发·中旬刊 2016年5期

关键词：故障分析

刘民

摘要：文章通过对HXD1B型电力机车轴箱轴承现场开盖检查、轴承检测、走行公里及牵引负载等情况的汇集，对HXD1B型电力机车轴箱轴承主要故障进行分析，并从设计制造、日常维护、检修管理及机车使用等方面入手提出解决建议。

关键词：HXD1B型电力机车；轴箱轴承；故障分析

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0083-02

1 概述

HXD1B型电力机车是国产交流传动大功率电力机车，最大输出功率9 600 kW，自2009年在武汉铁路局江岸机务段投入使用，极大的解决了货运紧张问题，但在机车运用维护中暴露出轴箱轴承问题，2013年3月9日HXD1B型0337号机车牵引42 092次货物列车时出现第6位轴箱温度高现象，根据温度试纸变黑情况判断轴箱内温度超过127 ℃，机车故障时总走行450 464 km。救援后解体轴箱检查发现轴承外圈裂纹、保持架断裂、润滑油干结，轴承内有金属杂质，轴头过热呈紫黑色，形成轴承固死重大安全隐患。

轴箱轴承故障不是一个单独特例，江岸机务段从2013年5月9日至9月30日开盖普查了270台机车，发现并更换问题轴承29个，如果这些轴承处理不当，将发展成影响铁路运输安全的突出故障。为处理好轴承故障问题，确保HXD1B型电力机车有效投入使用，相关技术人员进行了调查分析。

2 现场调查情况

2.1 开盖普查情况

开盖检查时更换的29个轴承的主要问题如下：

①锈蚀。表现形式为轴承外圈表面严重锈蚀、轴承与轴箱间有不均匀的锈斑。

②油脂问题。表现形式为严重油脂渗漏和溢出和油脂变质。

③杂质进入。表现形式为轴箱内有杂质并且泥垢堆积。

④接磨。表现形式为轴承密封罩变形和磨损磕碰、轴承压盖与外端盖间接磨严重。

此外，普查中还发现HXD1B机车存在普遍的同台车混用不同型号（主要由SKF、FAG和TIMKEN三家提供，少量由NSK提供）轴箱轴承的现象。

2.2 机车顶轮检测轴承的发现

为进一步深入探索HXD1B型机车轴承的质量状况，江岸机务段从2013年10月份到2014年4月顶轮检测轴箱轴承228台次，更换轴承95个，检测发现问题轴承25个。

因为摩擦力矩大、磨损或松旷等原因轴承会产生异常温升和异音现象，异常温升和异音是轴承轴承故障的重要征兆。见表1，发现有异常温升或异音现象的轴承中：检测不合格的12个，共占问题轴承的48%；而检测正常的，如果维护不当也会向初级损坏发展，在后续的跟踪复测中，又发现10个轴承检测不合格并进行了更换。

在轴承跟踪监测中也发现，针对轴承种类适当补充油脂，可以消除异常温升和异音现象，并阻止故障发展。如0389号机车第一位轴箱三次出现轴承异音、0412号机车第4位轴箱两次出现异常温升，在日常维护中对混用的TIMKEN轴承、SKF轴承区分补充油脂量，在多次追踪检测中，检测数据，见表2、表3，轴承简易诊断正常，进行精密诊断分析也显示无故障频率，观察机车使用，轴承状态良好。

3 影响轴承的其他因素

3.1 轴承走行公里

江岸机务段对上线机车的轴承更换数量及走行公里统计，发现：排除新上线机车发生的少数轴承故障，选取统计主要数据段可看出机车在走行超过50万km后轴承故障率十分集中。如图1所示。

3.2 负载变化

对HXD1B型电力机车不同牵引状况进行观察，发现：机车牵引临客或牵引加速、制动过程时轴箱轴承温度偏高。

4 现象分析

结合以上调查情况，分析轴箱轴承故障原因。

4.1 密封不良

从开盖普查情况来看：轴箱内有杂质并且泥垢堆积，轴承发生锈蚀，说明 HXD1B型电力机车轴箱结构设计不完善，轴箱加工误差大且轴承组装工艺不规范，造成轴箱内侧挡圈、轴箱与轴承间无法完全密封，无法杜绝异物及水汽进入轴箱内和轴承内，并因水汽及外来液体影响造成轴承锈蚀。

另一方面开盖检查发现轴承有严重油脂渗漏、溢出现象，说明轴箱采用密封轴承的密封性能也不是很好，轴箱内异物会随着轴承转动混入轴承内部，破坏轴承内部润滑，引起润滑油脂失效、轴承异常摩擦等问题，进而发展成轴承磨损、表面损坏、缺口/凹痕、锈蚀等初级损坏形式。

4.2 补脂不当

三种轴箱轴承的主要指标对比，见表4。

由上表对比可知，三种主要轴承的注脂量和单侧密封罩和滚子组件油脂量都不同，在运行中三种轴承溢脂量也不同，因此补脂量也是有差异的，但由于同台车混用不同型号轴箱轴承现象普遍，补脂人员不能很好的做到对应不同轴承去适当补充油脂，导致部分轴承补油不足或是过多。轴承缺油时润滑不良，轴承内部会因摩擦力矩增大导致异常温升或因磨损产生异音现象，开盖检查发现油脂变质现象，若不能及时补油，轴承必将发展为初级损坏故障；相反轴承内油脂过多，轴承内部也会因散热不良导致发热。

4.3 疲劳寿命

滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处（最大剪应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。疲劳剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧，在滚道或滚动体上出现面积为0.5 mm2的疲劳剥落坑轴承就寿命终结。滚动轴承的疲劳寿命分散性很大，同一批轴承中，其最高寿命与最低寿命可以相差几十倍乃至上百倍，通过HXD1B型机车轴箱轴承更换与走行公里的统计图可以推测：集中在50万公里之后，较低疲劳寿命轴承的内外滚道和滚动体表面开始出现剥落，若没有及时解体检修或更换，轴承很快发展为初级损坏。

4.4 负载变化影响

轴承运动时油脂相互运动切割产生热量，货运机车牵引临客时速度提高，会造成轴承内油脂加快切割运动从而导致温度变高。过度的轴承温升会使得轴承油脂变质，影响轴承润滑效果，导致部分可靠性较差的轴承出现故障现象。

5 应对措施及建议

通过对轴箱轴承故障原因分析，建议从设计制造、日常维护、检修管理及机车使用等方面入手，应对轴箱轴承故障问题。

5.1 优化设计制造

及时将轴箱和轴承密封不良的具体状况反馈给相应厂家，厂家根据实际情况改进轴箱、轴承的密封性方式并提高组装工艺，减少轴箱、轴承内进入异物的机会和轴承油脂渗漏现象。

5.2 规范轴承补脂工作

针对三种主要轴承补脂量的差异，应尽量杜绝同台车轴箱轴承混装现象，减少不对应补脂的几率；其次应对每台车的轴箱轴承进行登记，明确每一位轴箱的轴承种类，对应做好日常轴承补脂管理，确保轴承润滑良好且不影响散热。

5.3 加强日常监测

加强对乘务作业和整备作业的管理，利用轴温检测枪和温度试纸检测及时发现轴承异常温升，充分利用好机车顶轮检测，根据检测结果及时对检测有问题的轴承开盖检查处理，做到有效地发现故障、预防轴承固死。

5.4 按寿命特性检修轴承

针对HXD1B型机车轴箱轴承较低疲劳寿命集中在50万走行公里的规律，应确保HXD1B型机车在走行接近50万km时进入高级修程，对轴箱轴承拆解检修，通过咨询检查轴承外观和进行专业精密检测，及时发现并处理有疲劳迹象的轴承。