淺析承載鞍對軸承熱軸的影響

摘 要：針對承載鞍表面常見的質量問題，以及組裝時與側架之間的相互關系，分析了其對軸承熱軸所產生的影響，提出從承載鞍配件及與其組裝關系方面預防熱軸的幾個關注點。

關鍵詞：承載鞍 質量 組裝 熱軸分析 建議

中圖分類號：U272.07 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0079-01

在鐵路車輛中，軸承承擔著至關重要的工作，它不僅要傳遞運動，還要支撐載荷，因此，軸承本身的性能及轉向架與其組裝的相互關系是關乎到軸承能否正常使用和車輛安全運行的問題。

鐵路貨車滾動軸承絕大多數采用的是雙列圓錐滾子軸承，有一定量的徑向和軸向游隙，在運用中兩列滾子組件理論上是承載相同的載荷，并在滾動副之間形成良好的動壓油膜以確保軸承的正常工作。

造成軸承熱軸的直接因素是，在運用中由于種種原因破壞了軸承滾動副的動壓油膜。在熱軸的情況下，軸承外表的溫度很難達到非常高的溫度，而軸承內部摩擦體之間的溫度卻可以達到非常高的溫度，甚至達到金屬熔化的溫度，強烈的發熱局限于實際發生摩擦的區域中的薄薄一層金屬里，潤滑脂是無法將熱量從軸承中帶走的，這也是為什么軸承內部金屬已經熔化而外部的紅外線探測溫度僅百余度左右。因此，滾動軸承車軸的熱切軸從熱軸開始到切軸，所需要的時間非常之短。

滾動軸承的熱軸，除了軸承本身的因素外，還與承載鞍組裝等軸承的外部因素有直接的關系。筆者曾經參與幾次熱軸事故的分析，下面就其幾個顯見的影響軸承熱軸的外部因素進行探討。

1 承載鞍質量對熱軸影響

1.1 承載鞍的故障型式及對熱軸影響

承載鞍內鞍面的兩個環帶與軸承的兩個滾子組件相對應，且與軸承外圈之間的配合為過渡配合，既可以保證軸承和承載鞍之間有充分的接觸，使車體的重量通過承載按與軸承之間的良好接觸均勻的傳遞給軸承外圈，同時可以使軸承外圈在承載鞍內鞍面中形成合理的蠕滑，使得外圈均勻承載和磨耗以提高軸承的使用壽命。一旦承載鞍與軸承的配合關系被破壞，則會帶來無法估計的影響。

1.1.1 承載鞍鞍面磕碰傷

由于制造、檢修或運輸過程中的不注意，極有可能造成承載鞍內鞍面有磕碰傷，局部形成了凸起，從而破壞了承載鞍內鞍面與軸承外圈外徑面的接觸形態。在運用中形成的結果是：承載鞍內鞍面與軸承外圈的配合面形成局部點接觸狀態，則會因為該點接觸引起軸承外圈局部受力過大，形成與之對應的外圈滾道與滾子及內圈滾道的接觸應力增大，破壞了動壓油膜的形成，造成軸承接觸點附近的內、外圈及相應的軸承滾子機械性損傷。

1.1.2 承載鞍鞍面素線直線度超差

承載鞍內鞍面素線直線度超差主要是由于加工中定位誤差造成的。在運用中，由于承載鞍內鞍面素線直線度超差，會形成承載鞍與軸承外圈的一側接觸，從而出現軸承外圈偏載，造成軸承一側的滾子、滾道受力過大并形成較大的接觸應力，最終引起軸承零部件的疲勞破壞。

1.1.3 承載鞍止擋加工質量問題

承載鞍止擋軸向尺寸過大時，在轉向架輪對蛇形運動過程中，易引起軸承外圈與承載鞍擋邊之間的沖擊載荷加大，造成外圈滾道與滾子組件形成瞬時接觸應力增大，進而破壞動壓油膜的形成。

過小的止擋軸向尺寸則會造成軸承外圈卡死，無法形成有效的蠕動，進而使得外圈滾道的工作位置無法進行調整，產生外圈滾道的某一位置在長時間、大接觸應力的狀態下工作，在較短的時間內使外圈滾道產生疲勞破壞。

1.1.4 承載鞍內鞍面圓弧素線與頂面不平行

該問題的產生主要來源于加工或運用。在加工時，如果沒有使承載鞍頂部加工銑刀形成的平面與承載鞍內鞍面定位的圓弧面素線調整為平行，即可形成承載鞍內鞍面圓弧素線與頂面不平行；在運用中，由于曲線和線路不平順造成承載鞍相對軸承和側架形成了不規則的運動，頂面出現了不規則的磨損而破壞了承載鞍內鞍面圓弧素線與頂面的平行。如果將其重新裝用時，則會直接形成軸承外圈偏載，造成軸承一側的滾子、滾道受力過大并形成較大的接觸應力，最終引起軸承動壓油膜的破壞。

1.2 側架及承載鞍組裝對熱軸的影響

1.2.1 承載鞍與側架導框間的縱向間隙過大

多年的運用經驗及研究結果表明：貨車轉向架前后兩輪對中心線保持平行，對于軸承的正常工作有重要作用。過大的縱向間隙，會使輪對在運行時由于輪徑差引起的輪對蛇形運動無法得到有效抑制，不僅會影響車輛的運行平穩性和脫軌穩定性，同時產生因輪對的蛇形運動而出現承載鞍擋邊沖擊軸承外圈，造成外圈滾道與滾子組件形成瞬時接觸應力增大，同樣會破壞動壓油膜的形成，從而引發熱軸。

1.2.2 承載鞍與側架導框間的橫向間隙過小

在車輛通過曲線時，輪對通過間隙自動調整相對的位置以順利通過，由于曲線線路存在過渡圓，側架與承載鞍均會逐步偏向一側。當承載鞍與側架導框之間的橫向間隙過小時，則會出現側架相對于承載鞍的橫向移動量太小，無法保證有合理的橫向移動量造成側架帶動承載鞍并使得承載鞍擋邊頂在軸承外圈的端部，由于軸承游隙的存在，會造成被頂一側的軸承滾子組件基本不承載，而另一側的滾子組件的接觸應力過大進而破壞了動壓油膜的形成。

1.2.3 導框頂部間隙的影響

導框頂部間隙是指側架與承載鞍或側架、剪切墊、承載鞍之間的配合間隙，理想中的導框頂部間隙是不應當存在的。但由于側架兩導框頂部的不平行、承載鞍頂面磨耗、局部缺陷等，均會造成導框頂部間隙的出現。如果出現導框頂部出現明顯的橫向間隙，則表明該處的軸承已經處于偏載的狀態下，極有可能引發熱軸。因此，在組裝承載鞍后，一定要認真檢查導框頂部間隙，確保其在規定的范圍以內。頂部間隙產生的主要原因是：承載鞍內鞍面或頂部有異物或磕碰傷；承載鞍內鞍面素線直線度超差；承載鞍未落正位；側架兩導框頂部不平行或有凸起。

2 建議

（1）轉向架組裝時，應認真關注承載鞍、軸箱橡膠墊等零部件的加工質量及表面狀態，防止有缺陷的零部件進入轉向架組裝工序。

（2）轉向架組裝時要嚴格控制同一轉向架兩側架的固定軸距差。

（3）確保交叉桿組裝胎的狀態良好，按照要求進行交叉桿的組裝，防止轉向架出現固定菱形和八字的現象，同時應在交叉桿組裝胎上對側架頂部的間隙進行觀察。

（4）在轉向架落成后，注意觀察承載鞍是否落正，承載鞍頂面是否存在間隙或間隙超限，壓噸試驗時特別注意承載鞍與側架導框頂面（軸箱橡膠墊與承載鞍頂面、導框頂面）是否有貫通間隙，防止承載鞍受力狀態不良，造成軸承的外圈受力不均。同時應認真測量側架導框的間隙。

（5）對于側架尤其是檢修，要關注側架兩導框頂部的平行度；在進行承載鞍加工時，要確保設備的承載鞍內鞍面定位塊的素線與銑刀盤加工面的平行度；同時操作人員必須會熟練使用相關的量具。