高速动车组转向架轴承常见故障及选型设计分析

师玲萍

关键词：高速动车组 滚动轴承 常见故障

1 引言

目前，我国复兴号动车组列车发展日趋成熟，300KM/H 时速以及以上动车组列车数量增多。速度提高后，轴承转速增加，因此成熟的高速动车组转向架技术是动车组列车提速的关键。轴承是转向架组成的重要零部件，所选用轴承性能的好坏，导致转向架常见故障（热轴、燃轴）的发生，都跟轴承有及其重要的联系。如果不能及时对动车组轴承进行实时的监控及故障诊断，将会危及动车组列车的安全运行。另外，动车组列车行驶速度较快，（大约200-300KM/h），车轮和钢轨的运行条件苛刻，各零部件的振动加强。动车组转向架的每个零部件，都有者严格的标准和性能要求。我国铁路早期使用的是滑动轴承，后选用滚动轴承。轴承位于轮对和构架之间，它的的作用是承受各种径向力、垂向力，并且传递给车体。客车多选用圆柱轴承，货车多选用圆锥轴承，因为货车承载受力更大。跟转向架的其他零部件相比，轴承的工作状态比较特殊，即持续工作。（只要列车运行，就在工作状态）。由于自身要求良好的密封性，轴承会设有轴箱，用来保护轴承免于异物侵入。在运行途中，需要随时监测轴承的温度，监测轴承各零部件的状态，以免在行驶途中，发生燃轴、切轴的故障。因为轴承一旦发生问题，将会直接影响转向架和车辆的安全性和稳定性。因此，改善轴承的工作性能，对轴承的故障进行系统分析研究，将会大大减少维修成本，提高动车组列车的运行安全性。本文将详细讨论高速动车组转向架轴承的常见故障，对其进行原因分析，并对动车组轴承的选用提出建议。

2 轴承设计

接触应力的分布类似于辊的内环和接触表面的径向位移。在均匀载荷作用下，接触应力集中在惰轮两端，应力在惰轮中部分布均匀，末端附近的应力增加。这被称为线性总线的“边缘效应”。因为负载分布比较均匀，两端分布的应力较为对称。轴承的内圈和滚道接触面之间的径向位移的分布和应力分布较相似。值得注意的是，载荷只对应力和位移有影响，对于分布规律并没有显著的关联。在梯型载荷的受力下，接触应力比较集中，在惰轮的两端。如果跟受到均匀载荷的状况相对比，滚动体一侧的应力和位移增加较大，同时，另一侧的应力和位移则较之减少。这便是“偏心加载效应”。结论就是载荷会影响应力和位移，但不影响分布规则。我们为了提高轴承性能，是寿命增加，就要避免这种“边缘效应”，同时，滚动状态下的零部件容易收到电弧和对数产生的影响，所以，对于轴承的性能改善都是在均匀载荷下和对称总线下的优化。我们从分析中可以得出，当轴承载荷不均匀分布，会发生偏心载荷，应力分布不对称。随着载荷沿辊轴倾斜，两侧的应力变化较大。因此，由于受到偏心载荷效应的影响，对称校正不适用于偏心载荷。通过沿着轴承轴均匀分布应力，可以有效避免上述两种效应，从而根据偏心载荷使轴承寿命增加。并且，线性滚动体下方的偏心载荷一定要以不对称的形式滚动，且元件是规律性分布。

3 常见故障

轴承的常见故障很多，有十余种。轴承的特有故障叫电蚀。轴承一旦发生电蚀，不得装用。扫描电子显微镜和电蚀缺陷的微观结构分析表明，电蚀缺陷具有熔点形态，电蚀点附近的微观结构表现出异常结构，即电蚀点有二次淬火结构和高温回火结构。在该图中，月亮的白色层是在部分熔融区域中凝固后形成的淬火结构，白色层下面的黑色区域是高温回火区域。新月刚刚过热。在淬火结构的影响下，黑色区域的半月形状是高温回火结构。电蚀缺陷是由制造和维护期间轴承部件的焊接引起的。形成焊料或点火点。当轧件高速运转时，焊点或点火点将沿着弱的高温回火结构撕裂并脱落，最终形成电蚀。这种电腐蚀是在焊接过程中流过轴承的电流引起的典型点蚀缺陷，以及在滚动表面上的局部位置产生的火花和电弧。由于大量的电蚀缺陷，轴承的滚动表面的润滑状态受损，这影响轴承的正常操作并导致轴承的早期失效。

4 轴承选型

工作环境是轴承寿命的主要要求。影响轨道的因素很多，包括轨道的连续焊接，紧固件的混凝土材料，小体积混凝土的状态和轨道床。不良的转向架条件也会极大地影响轴承寿命。弹簧的损坏会对滚子接触表面或另一个轴承造成更大的负荷，转向架的金刚石变形也会产生更大的横向力。因此，良好的转向架维护非常重要。天气条件也会影响轴承寿命。为此，必须使用性能和质量良好的密封件和润滑剂。根据各局和部门的调查研究，根据轴承的维修能力和成本，客车转向架是开放式的，圆柱滚子轴承较为适合的。对于高速动车组列车，对轴箱轴承有更高的要求。在运行期间，由于车轮和轨道之间的滚动接触，轴承承受较大的横向和静态载荷。因此，轴承要求具有抗振动，抗冲击，使用寿命长，体积小，重量轻，确保安全驾驶。由于履带变换转向架需要满足不同的规格，当车轮沿轴线滑动时，轴承也需要滑动，这导致轴承径向力的相应横向运动，即轴承会产生一定的偏心载荷。

选择轴承时，应尽可能降低轴承的工作温度，增加轴承的使用寿命，减小轴承的尺寸和重量。当车辆以超过250km/h 的速度行驶时，圆锥滚子轴承优于圆柱滚子轴承。由于它们的高速和高负载，圆锥滚子轴承在列车运行期间受到轴向和径向力，特别是在通过拐角时。由于圆锥滚子轴承受到具有一定压力角的滚子的轴向力，因此只有约20%的轴向力受到影响，因此，圆锥滚子轴承在轴向承载能力方面具有更多优势。圆柱滚子轴承承受轴向载荷。轴向载荷完全由圆柱滚子轴承的滚子端面和环肋引起，滚子端与轴承之间的滑动摩擦力上升，而磨损将是圆柱滚子轴承的轴向承载能力低于圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承具有低摩擦力矩和低摩擦温度。可变行程转向架的连续运转速度超过300km/ h，并且优选使用圆锥滚子轴承。

轴承的基本尺寸是指外径，倒角尺寸和尺寸公差。轴承旋转精度是指内圈，轴向跳动和内圈端面的径向跳动。内径的垂直度和外径与端面的垂直度。高精度轴承使用寿命长，可以提高速度限制，但制造成本相对较高。高速轴承，如SKF 和FAG 滚动轴承，在尺寸，形状和精度方面符合ISO 标准。它们通常分为一般等级，P6，P5，P4，SP 和UP 等级。考虑到列车的高速运行条件，普通高速铁路客车的轴承精度为6 级。换向转向架轴承的转速不超过2400r/min，可以使用6 级精度。为了确保高速列车的安全性和轴承的质量，轴承套圈和滚动部件通常要求具有高硬度，强滚动疲劳，耐磨性和尺寸稳定性。和其他功能。特别是，严格控制钢中影响滚动疲劳寿命的非金属夹杂物的含量。在各种非金属夹杂物中，硬质氧化物往往是疲劳开裂的起点，因此必须使用含有少量非金属夹杂物的清洁钢。轴承制造商通常使用清潔钢来减少在炉外真空脱气和精炼后有害氧化物和夹杂物的消耗。对于要求高可靠性的轴承，请使用更清洁的真空吸尘器钢（VIM， VAR）或电渣钢（ESR）。

5结语

对于轴承保持架材料，它们必须具有承受旋转和径向冲击载荷的强度，并且与滚动元件和滚动表面具有很小的摩擦和质量，并且可以适应轴承的工作温度。由于聚合物材料支架具有良好的质量和耐腐蚀性，因此它还具有良好的抗老化性和自润滑性。因此，可变直径转向架轴承由聚合物保持器制成。