城轨转向架轴承维护制度及现状分析*

钱科元，杨 阳，吴柯江，温炎丰

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

1 城轨转向架轴承

城轨车辆转向架上的轴承主要分布在转向架轴箱、齿轮箱、电机等关键部件上。轴箱轴承一般选用双列圆锥滚子轴承和双列圆柱滚子轴承两种类型[1]，其内圈和车轴相连，外圈固定在轴箱上。齿轮箱轴承分为输入端轴承和输出端轴承，齿轮箱轴承会同时承受径向力和轴向力[2]，其输入端为高速端，通常采用一对圆锥滚子轴承，或者采用一对承受径向力的圆柱滚子轴承和承受轴向力的四点球轴承[3]；输出端为低速端，通常采用一对圆锥滚子轴承，分布在大齿轮的两侧。电机轴承是电机的重要部件，它具有支撑电机轴和引导其旋转的功能，城轨转向架电机轴承通常采用滚动轴承[4]。轴箱和齿轮箱实物如图1所示。

图1 轴箱和齿轮箱实物图

2 维修制度及方式

维修制度是轴承维修过程中制定维修等级、维修种类、维修计划、维修方式、维修组织以及维修考核指标等的统称。随着科学技术的不断发展，轴承诊断方式呈现多样化、自动化以及智能化。轴承故障诊断的方式、维修方式以及考核指标均会发生改变，因此，维修制度也随着科学技术的不断发展在不断地完善。

纵观国内外维修制度，大致经历了3个阶段。

第一个阶段：20世纪40年代以前，设备较为简单、运行工况单一、设备故障容易排查，此时设备维修只在发生故障后才会开展，这种维修制度称为事后维修制度，由于此种维修制度过于简单，更是一种维修方式。

第二个阶段：20世纪40年代以后，人们发现设备故障呈现一定的规律(故障规律符合浴盆曲线变化规律)，通过制定合理的维修计划，能够显著减少设备故障的发生。人们通过制定大中小修各级修程，并规定各级修程的作业内容、考核指标等，在规定的时间进行维修，使设备保持良好的工作状态。这种预防维修制度的关键是掌握设备寿命的分布规律，确定合理的维修周期。这种依据修程指导设备维修的方式称为定时维修。

第三个阶段：20世纪60年代以后，研究人员发现，并不是经常维修就能确保设备的良好状态，相反设备拆卸过于频繁，往往会导致设备状态变差，甚至会出现更多的故障。对于复杂的设备，其故障率曲线型式多样、复杂，并不是浴盆曲线。基于此种现象，研究人员提出了“以可靠性为中心”的维修制度，近些年来，随着计算机、故障诊断、工程经济等技术的发展，该制度逐渐完善成“可信性维修”[5]。“可信性维修”不仅包含设备可靠性，还包含可用性、维修性、安全性、经济性等多个方面，让这种维修方式(事后维修、定时维修、状态维修)“各到其位”“各尽其能”。这种维修制度称为“以可信性为中心”的维修制度。

值得说明的是，状态维修是通过监测设备采集设备技术状态参数，制定设备维修时机及维护内容的一种维修方式。它与事后维修、定时维修各有优缺点，并没有先进落后之分，并各有其适用范围。三种维修方式的优缺点如表1所示。

表1 三种维修方式优缺点分析

城轨轴承作为转向架的关键部件，一旦发生故障将有可能造成严重的人员伤亡和重大的经济损失。因此事后维修方式将不适用于城轨轴承维护，城轨轴承维护应采用定时维修和状态维修两种方式，充分利用这两种维修方式的优点。

3 我国轴承维护现状

3.1 城轨车辆轴承维修修程

轴承作为地铁车辆的关键零部件，对其定期进行故障排查和维护是必要的，因此地铁车辆的每级修程都会重点对轴承进行检查，只是每级修程轴承的维护内容及维修方式存在一定的差异。本文参照某地铁公司地铁车辆的维护修程确定轴承的维护修程。轴承维护修程如表2所示。

表2 地铁车辆轴承维护修程

3.2 城轨车辆轴承维护方法

3.2.1 人工维护

(1)每日接车时，维护人员听车辆走行是否存在异响，若有异响将重点对发出异响的部位进行故障排查。

(2)车辆进库整备后，由维护人员查看轴箱轴承上的轴温试纸，若轴温试纸变色，就拆开轴箱盖对轴承进行细致检查。重点检查齿轮箱是否漏油，并通过齿轮箱上油液观察孔查看油液是否异常。

(3)均衡修时，维护人员拆开轴箱盖，观察润滑油、润滑脂的状态，若润滑油脂出现乳化、变色等现象，则更换润滑油；若需要更换轴承，则需要将转向架推出，拆分转向架，并对轴承进行更换。

(4)对于大、架修修程，运营公司会将轴承集中送至轴承厂家或专门的检测机构(送检成本3 000元/个～4 000元/个)，让轴承厂家进行修理，对于无法修复的轴承将考虑直接报废。像电机轴承由于存在电腐蚀的原因，通常在架修时会将其进行更换；对于齿轮箱内的轴承，会结合齿轮箱的工作状态，对于状态良好的齿轮箱，其轴承可在大修修程时再更换。

3.2.2 监测设备辅助人工维护

(1)地面诊断系统：在车辆段出入段线轨旁处设置有地面故障诊断系统，当列车通过时，该系统能够采集到振动、温度以及图像等信息，并将这些信息上传至数据存储设备上，通过故障诊断系统对其进行处理与分析，可为维护人员提供维护指令或者警示，为车辆轴承的运用和维修提供重要决策依据。

(2)车载诊断系统：目前国内部分地铁列车上安装有车载诊断系统，整个诊断系统大致可分为3级，即列车诊断主机、车辆诊断分机和设备诊断单元。车载诊断系统整体框架如图2所示。

1-列车诊断主机；2-车辆诊断分机；3-设备诊断单元；4-显示装置；5-人机接口；6-列车通信总线；7-车辆通信总线

设备诊断单元将所检测到的振动、温度信号数据通过车辆通信总线传输至车辆诊断分机，经过车辆诊断分机分析处理后经列车通讯总线，将诊断结果上传至列车诊断主机，列车诊断主机可将诊断结果传至地面终端设备，为维护人员运用维护提供决策依据。

3.3 维护效果

近些年来，各大城市运营方都非常重视轴承的维护及状态监测，未出现因轴承故障造成的严重事故。现有定期检查人工维护、监测设备辅助人工维护措施基本能够满足运营需求。

不过，我国城轨车辆轴承维护方式主要还是依靠人工定期检查，智能诊断设备仅作为维护的辅助工具，大部分设备仅能做到定性分析，不能实现对轴承的定量诊断，人工作业量仍然较大。由于监测设备采集到的轴承技术状态数据未能得到充分利用，目前仍还缺乏根据这些数据优化轴承维护修程、制定合理的运用维护方案的措施，因此轴承成本开支仍然较高。

4 总结及展望

我国城轨车辆轴承的维修方式为“定期维修为主、状态维修为辅”的复合维修方式，采用监测设备实时掌握轴承运行的状态，一定程度上弥补了人工维护的不足，有助于发现人工维护不易发现的早期故障，避免严重事故的发生，并能够在一定程度上减少人工作业量，减少日常维护人员夜间作业时间。但“定期修、状态修”两种维修方式，还未做到“各到其位”“各尽其能”，对轴承故障维修时机的把握以及开展针对性的维修仍存在不足。

针对上述问题，提出如下建议：

(1)开展轴承故障诊断定量分析的理论方法、试验研究，重点是不同轴承故障状态下、运行工况下的轴承寿命预测。

(2)充分利用轴承监测数据和现场长期积累的运营经验，结合“可信性维修”的新理念，从可信性系统工程观点出发，针对轴箱、齿轮箱、电机等关键部件开展故障模式、影响及其危害度分析(FMECA)，制定出合理的维修计划，进行针对性的维修。

(3)开展轴箱、齿轮箱、电机等关键部件的全寿命周期费用分析(LCC)，掌握轴箱、齿轮箱、电机等系统可靠性和周期费用之间的关系。

(4)搭建运维信息化、自动化平台，将上述轴承寿命分析、FMECA、LCC等分析成果作为制定合理的轴承运用维护方案的重要依据，并结合轴承技术状态数据情况，自动确定轴承故障部位、故障类型、建议维修措施等内容，指导智能运维工作的开展。