CRH2動車組牽引電機軸承檢修周期的探討

李繼紅，桂俊峰，屈國慶

(1．北京交通大學 電氣工程學院,北京 100044；2. 北京金煜瑞利公司，北京 100081)

1 軸承基本要求及結構類型

在高速運行的動車組上，牽引電機軸承是確保其安全運行的關鍵部件，也是最容易損壞的部件之一。由于牽引電動機空間尺寸受到軌距和動輪直徑的限制，其外形尺寸要求盡量小。因此，對動車組牽引電機軸承的要求除體積小、重量輕、有較高的機械強度和剛度外，還要求摩擦力小、安裝拆解方便和使用壽命長等。

動車組牽引電動機外形與普通三相鼠籠異步電動機類似，每臺動車組牽引電動機使用一組軸承(2套)，在動力輸出端即靠變速箱端裝用6311深溝球軸承，另一側裝用NU214圓柱滾子軸承[1]。

2 檢修現狀

2.1 修程及相關要求

目前我國動車組修程分為日檢、月檢、轉向架修和大修4個等級。

(1)日檢。為每運行結束后或48 h檢修，稱為一級檢修，完成動車組易損易耗部件的更換、調整和補充。通過人工目視和車載信息系統對動車組技術狀態和部分技術性能進行檢查、檢測，處理臨時發生的故障。

(2)月檢。為每運行3×104km或每月進行一次，稱二級檢修。在一級檢修的基礎上，增加檢修項目，并通過車載信息系統對車上所有相關設備進行檢測和性能試驗。如進行車軸超聲波探傷、踏面修形、電氣回路絕緣檢測、牽引電動機絕緣檢測和車下電器過濾器類部件清掃除塵等專項檢修。

(3)轉向架修。每運行45×104km或每年進行一次，稱為三級檢修。在二級檢修項目的基礎上，進行轉向架、輪對軸承、電機軸承和轉向架主要零部件的分解檢修。

(4)大修。每運行90×104km或每3年進行一次，稱為四級檢修。在三級檢修項目基礎上，對動車組各主系統進行分解檢修、特性試驗，必要時進行車體的涂裝。動車組四級檢修轉向架為：分解檢修包括牽引電動機、輪對軸箱組、轉向架基礎制動裝置、油壓減振器、牽引拉桿組及軸箱彈簧組等部件。

按動車組檢修規程，CRH2型動車組運行(45±3)×104km或1年須進行三級檢修(以先到為準，通常是里程先到)，更換軸承潤滑脂；動車組運行到(90±10)×104km時須進行四級檢修，更換牽引電機軸承潤滑脂或視情更換軸承。

2.2 檢修中存在的問題

由于動車組是引進項目，檢修周期是按廠家提供的規程進行的，而不是根據中國鐵路實際運行條件規定檢修規程。在實施三級檢修時，對牽引電機軸承進行分解檢查和相關試驗，發現軸承潤滑脂性能沒有變化，牽引電動機運行數據沒有異常，從運行數據看還沒有達到檢修周期，此時如果更換牽引電機軸承潤滑脂，將延長停車時間并造成潤滑脂的浪費。

3 試驗分析

3.1 試驗數據采集

對軸承進行耐久性試驗，分析轉速、載荷、溫度和振動等參數的影響，尋找軸承檢修的最佳周期。軸承耐久性試驗一般是在軸承試驗機[2]上進行，模擬現場轉速、載荷、溫度和潤滑等工況條件，采集和監視軸承運行中溫度及振動的變化。試驗中主要采集軸承運動時的轉速、溫度和振動信號，當軸承的轉速一定時，溫度可作為限制準則來判定軸承的轉速能力[3]。溫度過高會使潤滑脂性能發生變化，以至失去潤滑作用，使軸承振動加大。因此，通過軸承的溫升和振動可以實現對軸承是否存在故障進行初步判斷[4]。

3.2 試驗對比分析

對2組動車組牽引電機軸承同時進行耐久性試驗，1#試驗軸上安裝已運行了100×104km，拆解換脂后的軸承；2#試驗軸上安裝來自動車組三級檢修現場，運行里程已達42.8×104km的軸承。試驗條件為：轉速6 000 r/min，徑向載荷2 500 N，軸向載荷2 500 N。分別采集2組軸承內、外圈溫度和徑向、軸向振動值進行分析。試驗機保護停車設置為：溫度80 ℃，振動50g(g=9.8 m/s2)。計劃運行時間為1 100 h，試驗運行數據如圖1～圖3所示。

圖1 1#軸軸承溫度曲線

由圖1可知，6311軸承外圈溫度變化范圍為(44±2)℃，內圈為(56±2)℃；NU214軸承外圈溫度變化范圍為(45±2)℃，內圈為(56±2)℃。2套軸承外圈溫度變化范圍不超過(45±3)℃，內圈溫度變化范圍不超過(56±2)℃，符合電動機運行中軸承內圈溫度高于外圈溫度的規律。整個試驗過程運行比較平穩，2套軸承的內、外圈溫度曲線變化極為相似，這表明1#試驗軸上的牽引電機軸承可以繼續使用。

由圖2可知，在930 h(約32×104km)之前，6311軸承外圈溫度變化范圍為(42±3)℃，內圈溫度為(54±2)℃；NU214軸承外圈溫度變化范圍為(41±3)℃，內圈溫度為(54±2)℃。符合電動機運行中軸承內圈溫度高于外圈溫度的規律，整個試驗過程運行中比較平穩，2套軸承的內、外圈溫度曲線變化很相似。但在930～1 040 h，即約運行了110 h，6311軸承外圈溫度上升到46 ℃，內圈溫度上升到約60 ℃，處于非正常運行狀態。而NU214軸承運行參數變化不大，處于正常運行狀態。

圖2 2#軸軸承溫度曲線

由圖3可知，1#試驗軸6311軸承最大振動值約為15g；NU214軸承最大振動值約為15g，運行狀態良好。2#試驗軸在830 h(約29×104km)之前，運行數據與1#試驗軸相似，運行狀態良好；在830 ～1 070 h(約37.4×104km)時，6311軸承振動數據變化明顯。6311軸承830～1 000 h時，最大振動值達32g；1 000～1 070 h時，最大振動值達48g；之后振動值又迅速下降到大約15g，即處于正常運行狀態。

圖3 軸承的振動曲線

綜合圖2、圖3可以看出：2#試驗軸運行到830 h時，6311軸承振動逐漸加大，大約在1 030 h時振動最大值接近48g， 外圈溫度接近45 ℃， 內圈溫度接近60 ℃，但仍沒有超限(振動極限值50g、溫度極限值80 ℃)；繼續運行約40 h后，振動、溫度又恢復正常(振動值20g以內、溫度56 ℃)。出現此情況可能是外界雜質侵入軸承或者軸承內部有脫落物，經過200 h(約7×104km)的運行磨合，雜質被擠到溝道外部或被碾碎，運行數據又與1#試驗軸上的軸承數據相同。

從試驗曲線可以看出，換脂后的軸承運行38.5×104km沒有故障，不換脂的軸承可能出現振動或溫升，但仍能繼續運行。如果軸承不換脂繼續運行，為提高運行的安全性可以補加潤滑脂，改善軸承內部的運行環境，延長一次換脂后的行駛里程。

4 檢修規程改進方案

從軸承壽命估算方法看，在現行中國鐵路運行條件下，軸承實際載荷比設計的載荷要小很多，故牽引電機軸承使用壽命要比設計壽命長，可以適當延長軸承的運行里程。從牽引電機軸承耐久性試驗結果來看，軸承換脂后一次運行100×104km是可能的。從牽引電機軸承耐久性對比試驗結果可知，軸承不換脂一次可運行81.3×104km，且各種參數仍在安全運行范圍之內。

選取1臺動車組進行現場運行跟蹤，機車在運行到379 448 km時進行了三級檢修，更換了牽引電機軸承潤滑脂，在密切監視下行駛到996 945 km，進行四級檢修，三級檢修到四級檢修之間行駛617 497 km而軸承沒有出現異常，說明換脂后一次運行60×104km是可行的。

4.1 檢修方案

根據對比試驗和現場運行分析，提出CRH2型動車組三級檢修由45×104km延長到60×104km，四級檢修由90×104km延長到120×104km。即檢修方案為：動車組運行到(30±5)×104km時對牽引電機軸承進行一次補脂，運行到60×104km進行三級檢修，換脂或更換軸承，沒有異常繼續運行，運行到(90±5)×104km進行一次補脂，運行到120×104km進行四級檢修，換脂或更換軸承，沒有異常繼續運行。

4.2 補脂及操作

電機軸承換脂后，軸承內部及端蓋都是新油脂，運行條件與新軸承相同，使用壽命長。而軸承補脂后，軸承滾道及端蓋內新、舊脂共存，運行條件與換新脂軸承不同，補脂對軸承滾道與滾動體表面保護油膜有修復作用，比不加注油脂軸承運行條件好得多。從換脂與補脂操作方面比較，換脂比補脂用時長，操作難度大；從成本方面比較，只要軸承補脂兩次，安全運行相同里程后，即使檢修時更換整套軸承也要比多次換脂劃算。

動車組牽引電機軸承補脂，是從軸承的注油孔注脂，無需拆解電動機，在動車組定期檢修時就可以進行，省時且操作簡單。由于油嘴在軸承的某一點，補脂時要分幾次加注以保證油脂分布均勻，補脂總量不變。

5 結束語

從動車組牽引電機軸承檢修規程可以看出，必須制定出適合國內動車組運行條件的檢修規程，應逐漸加大對CRH2型動車組牽引電機軸承的試驗力度，掌握牽引電機軸承運行不同里程數時軸承及其潤滑脂的變化情況，獲得使用不同油脂的運行數據，為不同車型、不同線路、不同油脂的動車組牽引電機軸承檢修提供可靠的數據支持。