高速列车轴箱轴承选型分析计算

鲍廷义 成军强

摘要：为统一高速列车轴箱轴承的类型及接口尺寸，通过对不同高速列车轴箱轴承选型情况进行分析，根据SKF轴承计算方法，对三种不同滚子配置形式和接口尺寸的轴承进行额定寿命计算。结果表明，外径为240 mm的圆柱滚子轴承单元是高速列车轴箱用轴承的理想选择。

关键词：轴箱;轴承;高速列车;润滑;选型

0    引言

轴箱轴承作为转向架中的重要零部件，它的性能优劣直接影响到转向架及车辆的安全性和平稳性[1]。

但由于我国现有各型号动车技术标准不统一，轴承的类型及接口尺寸也各有不同，无法互通互换，给生产制造和维护检修带来诸多不便。

因此，本文对高速列车不同配置形式和接口尺寸轴箱轴承的选型进行对比分析计算，探讨统一轴承接口尺寸、减少轮对轴箱轴承种类的可行性。

1    现有高铁轴箱轴承选型情况

我国高铁技术发展初期，经过引进消化吸收再创新，形成了CRH1（China railway high-speed，简称CRH）、CRH2、CRH3和CRH5型共4套“和谐号”动车组技术体系。

2012年，由中国铁路总公司主导，中国铁道科学研究院技术牵头，中车所属企业设计制造，开展了中国标准动车组设计研制工作，逐步研制生产了覆盖全速度系列的CR200（CR为China railway的英文缩写、“复兴号”动车组列车的英文代号）、CR300和CR400系列“复兴号”动车组列车，分别对应160 km/h、250 km/h和350 km/h三种持续时速等级。

目前，250 km/h速度等级以上主要车型选用的轴箱轴承如表1所示。

从表1可知，250 km/h速度等级的动车组均采用外径接口尺寸为230 mm的圆锥滚子轴承单元;而350 km/h速度等级的动车组，接口尺寸则统一为外径240 mm，圆锥和圆柱滚子轴承均有使用。

2    選型分析

高速列车轴箱轴承的结构选择，因速度的影响，受到一定的限制，主要采用圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承两种结构。一般在相同截面内的情况下，由于前者更容易采用较大规格的滚动体，其载荷容量也更高。同时，由于前者结构简单、具有可分离性，因此更易获得较高的制造精度，易于拆解和组装，方便轴承的检修和维护[3]。

在时速200～230 km的情况下，两种结构形式的轴承都取得了较为成功的实际使用经验，大量的研究工作也表明，两者在性能上无明显差异，基本相同。

但随着运行速度的提高，圆锥滚子轴承由于“泵吸效应”，易出现漏油的情况，影响润滑性能。

因此，相对于圆锥滚子轴承，圆柱滚子轴承具有更高的密封可靠性[2-3]。

另外，随着轴承技术的发展，近年来圆柱滚子轴承内部采用了特殊的结构设计及表面处理，滚子和滚道间修正的线性接触避免了边缘应力，在进一步提高润滑性能的同时，减小了滚子与挡边之间的滑动摩擦，降低了工作温度，使轴承在应用中特别适合承受很高的径向载荷，同时也能够承受部分轴向载荷。

轴承选型时除了不同的滚子结构配置形式之外，还有接口尺寸问题，主要根据车轴直径分为230 mm和240 mm两种。

目前，我国高铁动车组轴承主要从国外引进，以CRH2系列（包括CRH380A）为例，轴箱轴承的主要配套生产厂家为日本NTN和NSK集团。其中，CRH2与转向架有关的主要技术参数如表2所示。

3    轴承寿命校核计算

本文同时选用NTN生产的型号为L552S17的双列圆锥轴承单元[4]（以下简称CRT）和NSK生产的型号为130JRF05、130JRF03A的双列圆柱轴箱轴承[5]（以下分别简称RCC05、RCC03A）进行对比计算。

三种轴承的外径接口尺寸等主要参数如表3所示。

参考《滚动轴承 额定动载荷和额定寿命》GB/T 6391—2010/ISO 281：2007有关滚动轴承的额定动载荷和额定寿命计算标准，根据SKF轴承计算方法[6]，以CRH2动车组主要技术参数为基础进行寿命校核计算。

其中，轴箱载荷、轴承载荷和轴承寿命计算过程及结果分别如表4、表5、表6所示。

从表6轴承寿命校核计算结果可以看出，轴承外径接口尺寸同为230 mm的圆锥与圆柱滚子轴承的额定使用寿命分别达到390万km和370万km，都满足240万km的使用要求，且数据相差不大。而外径接口尺寸为240 mm的圆柱滚子轴承的额定使用寿命达到410万km，优于前两种。

4    结语

综上所述，在相同截面尺寸下，圆柱滚子轴承在载荷容量、制造精度、润滑和密封性能以及安装维护等方面均优于圆锥滚子轴承，额定使用寿命相当;而外径为240 mm接口尺寸的圆柱滚子轴承额定使用寿命高于230 mm接口尺寸的圆锥和同类型圆柱滚子配置轴承。

因此，高速列车轴箱轴承统一采用外径接口尺寸为240 mm的圆柱滚子轴承单元具有可行性，这一结论在250 km/h速度等级动车组上有待装车试验验证。

[参考文献]

[1] 梁云，夏春晶.高速客车转向架轴箱轴承选型设计[J].铁道机车与动车，2015（7）：1-4.

[2] 张云龙，姜斌，许红江，等.250 km/h标准动车组轴箱轴承选型方案分析[J].机车电传动，2019（6）：38-40.

[3] 董汉杰，苏力樾.准高速铁路客车轴承的选型分析[J].轴承，1998（7）：11-15.

[4] 郭小兵.高速列车车轴-轴承过盈配合面力学特性及其损伤分析[D].南昌：华东交通大学，2016.

[5] NSK.滚动轴承技术手册[Z]，2008.

[6] SKF.铁路技术手册[Z]，2012.

收稿日期：2020-05-13

作者简介：鲍廷义（1981—），男，河南南阳人，讲师，研究方向：现代机械设计理论与方法。