一种新型动车组轴承匀脂跑合机

周海泉，周文锦

(江西奈尔斯西蒙斯赫根赛特中机有限公司，南昌 330096)

轮对轴承是保障动车组安全、平稳运行的关键部件之一，动车组每个轴箱上均安装有温度传感器以实时监控动车组运行时轴承的温度变化，若温度异常会报警[1]。现行动车组运营管理办法规定：轴承发生暖轴报警后动车组需立即停车检查，在后续交路中限速200 km/h；轴承发生热轴报警后需立即停车检查，在后续交路中限速40 km/h，车辆回所后需拆卸轮对检查轴承[2]。若出现误报，会影响动车组的正常调度，甚至可能会导致动车组晚点等严重后果。对轴承异常温升报警的故障分析发现，更换新轴承后初期运行时轴温偏高，易引发热轴报警故障。这是由于新轮对轴承中润滑脂填充量往往大于实际需求量，运转初期多余的润滑脂会被逐渐甩离滚道，堆积在保持架上或 轴承护盖空腔中[3]。这部分润滑脂运动中会产生黏滞摩擦，导致轴承温度迅速上升，该过程也被称为润滑脂跑合阶段，故大部分新上线轴承的暖轴、热轴报警并非轴承故障所致，为误报。

为避免该情况出现，在高级修或临修更换新轴承后会先用段内匀脂跑合机对新轴承进行匀脂跑合。动车组轴箱轴承均采用机器注脂，空间有限,无法使润滑脂均匀分布，需要跑合较长时间才能使润滑脂分布均匀[4]。现有匀脂跑合机存在能耗高，安全性差，跑合转速低等问题，匀脂效果不理想，经匀脂机跑合后还需上线空车往返行驶近300 km进行线上匀脂跑合，即便高级修只更换一两套轴承也需按此步骤进行匀脂跑合。这不仅占用了线路及动车组，导致运营成本上升，还不能保证投入使用时已完成轴承匀脂，仍可能在运行初期出现轴温异常报警现象[2]。针对上述问题，创新设计了一种固定轮对、驱动轴承外圈旋转的轴承匀脂跑合机。

1 匀脂跑合机结构设计

该匀脂跑合机采用龙门通过式结构，如图1所示，主要由横梁、主轴箱、底座、轮对升降装置、电气控制系统、液压系统等组成，主要技术参数见表1。采用下沉的安装方式，即轮对升降装置处于升起位置时其上的轨道与车间轨道对接，轮对可直接推入机床，推入到位后轮对升降装置由液压油缸驱动自动下降，使轮对的左右轴承外圆搁置于工艺轴箱轴瓦打开状态下的固定轴瓦内。

1—底座；2—主轴箱；3—液压系统；4—横梁；5—加载装置；6—温度传感器；7—操作台；8—电气控制系统；9—工艺轴箱；10—轮对升降装置图1 匀脂跑合机整体结构示意图Fig.1 Diagram of overall structure of grease homogenizer

表1 新型匀脂跑合机主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of new grease homogenizer

1.1 加载装置

为使轴承匀脂跑合符合实际运行工况，考虑采用负载跑合。横梁左右设计有2套轮对加载装置，主要由液压油缸和压爪等组成，如图2所示。

1—液压油缸；2—横梁；3—压爪图2 加载装置结构图Fig.2 Structural diagram of loading device

液压油缸向下运动使压爪压紧轮对踏面，实现匀脂跑合过程的加载及防止轴承外圈带动轮对旋转，加载的压力通过调整液压压力实现。为确保压爪牢靠的压紧轮对踏面，液压油缸和压爪均采用铰接结构。

1.2 主轴箱

为满足1条轮对2套轴承同时跑合，该跑合机设计为左右2个主轴箱，主轴箱主要由主轴箱体、套筒、螺杆、手轮、主轴、联轴器及变频电动机等组成，如图3所示。

1—主轴；2—套筒；3—主轴箱体；4—螺杆；5—手轮；6—联轴器；7—变频电动机图3 主轴箱结构图Fig.3 Structural diagram of headstock

可通过手轮、螺杆使套筒轴向移动，以满足动车组轮对2 180～2 382 mm轴长范围内轴承的装夹要求。主轴转速采用电动机变频无级调速，以满足不同的转速要求。

1.3 工艺轴箱

为使轮对轴承快捷、安全定位，工艺轴箱采用铰接开合式轴瓦结构。工艺轴箱通过螺钉及端面键安装于主轴端部，其主要由固定轴瓦、销轴、压紧螺钉、橡胶条及活动轴瓦等组成，如图4所示。

1—固定轴瓦；2—销轴；3—压紧螺钉；4—橡胶条；5—活动轴瓦图4 工艺轴箱结构图Fig.4 Structural diagram of process axle box

为防止高速跑合时轴承外圈与轴瓦产生相对滑移，对应在轴承2个分离外圈位置安装4个橡胶条以增大摩擦力。由于匀脂跑合的转速较高，需对工艺轴箱进行动平衡测试，采用去重的方式进行平衡，保证平衡量不小于20 g·m。

1.4 结构优势

1)采用旋转轴承外圈匀脂跑合，由于轴承外圈的转动惯量远小于轮对的转动惯量，整机耗能低，效率高，工作安全。

2)采用加载的方式进行轴承匀脂跑合，使轴承跑合时符合实际运行工况，轴承温升准确。

3)工艺轴箱采用铰接开合式轴瓦结构，轮对轴承定位快捷、安全。

4)采用通过式龙门结构及下沉的安装方式，轮对升降装置的轨道与车间轨道对接，轮对输送便利。

2 匀脂试验

2.1 试验方案

以CRH3型轮对上使用的SKF BC2-0375轴承为试验对象，取A,B,C,D,E,F,G,H共8套轴承，其中A,C,E,F为旧轴承,B,D,G,H为全新轴承，试验前8套轴承均处于新注脂且未经匀脂的状态。为更好显示匀脂效果，将D,F轴承的半圆周滚子加注红色润滑脂，另半圆周加注蓝色润滑脂，其余6套轴承加注原色润滑脂。

新型匀脂跑合机采用轴承外圈旋转方式匀脂跑合，外圈滚道带动滚子旋转，而动车、高铁在线路上运行则是轴承内圈旋转带动滚子旋转。要满足轴承滚子匀脂跑合速度与线路运行线速度一致，需对其转速进行换算。 已知动车组轮对踏面直径为790～925 mm，轴承内圈滚道直径为158 mm，轴承外圈滚道直径为210 mm，按动车组运行速度200 km/h及300 km/h可计算滚子线速度v1和v2范围为

(1)

(2)

由(1),(2)式可得v1为569.37～666.67 m/min，v2为854.05～1 000 m/min。

由滚子线速度可得

569.37≤0.21πn1≤666.67，

(3)

854.05≤0.21πn2≤1 000，

(4)

式中：n1，n2为主轴转速。

由(3)，(4)式可得n1为863.03～1 010.51 r/min，n2为1 294.54～1 515.76 r/min。

取n2转速范围的中间值1 405 r/min为试验跑合转速，开始时先提速至1 405 r/min进行跑合，若试验过程中温度超过110 ℃则采用降速跑合，等待温度降至90 ℃再升速至1 405 r/min，重复此过程直至轴承跑合温度稳定。

2.2 试验结果与分析

试验后润滑脂状态分别如图5、图6所示，跑合后润滑脂均匀分布于轴承内。

图5 匀脂跑合前后原色润滑脂状态Fig.5 Primary color grease state before and after grease homogenization running-in

图6 匀脂跑合前后染色润滑脂状态Fig.6 Dyeing grease state before and after grease homogenization running-in

轴承初次跑合的温度变化曲线如图7所示，轴承温度呈先升高后降低的趋势，且温度变化曲线的斜率先增大后减小，在40 min左右温度达到最高，随后轴承温度逐渐下降，约2 h左右温度趋于平稳，证明轴承已处于匀脂状态[5]。

图7 初次跑合时轴承温度变化曲线Fig.7 Bearing temperature variation curves during first running-in

为进一步检验匀脂效果，待经跑合轴承的温度恢复至室温后(静置24 h以上)，再将其安装在匀脂跑合机上，与初次跑合同样的加载条件下，跑合转速1 405 r/min(与动车组线路运营速度相当)，记录轴承再跑合的温度变化曲线(图8)，温度从室温逐渐上升，至一定温度后趋于稳定。

图8 再跑合时轴承温度变化曲线Fig.8 Bearing temperature variation curves during rerunning-in

经多次重复试验发现，轴承初次跑合温升曲线在轴承新旧情况不一、加注润滑脂不同或加载力不一致等各种因素影响情况下均保持近似曲线变化特征；再跑合温升曲线也是如此，均在上升至某一温度后保持平稳：2次跑合温升曲线证明设计的匀脂跑合机能使轴承达到预期匀脂效果。

3 结束语

新型动车组轴承匀脂跑合机采用轮对固定、驱动轴承外圈旋转的匀脂方式。该匀脂跑合机具有转动惯量小，驱动功率小，跑合转速达到轴承实际转速，节能降本等优点，可降低动车组在高级修或临修更换新轴箱轴承上线时因匀脂不充分导致的暖轴、热轴误报警率，节约了动车组运营成本。