盾構機車輪軸承的設計改進

崔傳榮，駱桂斌，武廣富

(瓦房店軸承集團有限責任公司 技術中心，遼寧 瓦房店 116300)

1 軸承工況特點

隨著我國軌道交通行業的高速發展，對盾構機的壽命、可靠性及工作效率的要求也越來越高。盾構機中車輪是重要部件，而車輪配用的軸承是其核心零件，因此車輪軸承的設計與應用至關重要。某盾構機車輪的設計承載能力為20 t，最大轉速為2 r/min，工作轉速為1.5 r/min，環境溫度在30°左右。每個車輪安裝2套軸承，工作時無沖擊載荷，采用脂潤滑，要求能夠免維護運行10 000 h，有一定的密封性。

2 原軸承缺點

盾構機車輪軸承原選用雙面接觸式密封深溝球軸承，外形尺寸為Φ180 mm×Φ85 mm×41 mm，內圈與軸過渡配合，外圈與外殼過盈配合，裝配圖如圖1所示，結構如圖2所示。該軸承摩擦力矩小，密封性能好，適用于轉速相對較高的場合。但是深溝球軸承普遍存在著承載能力低的缺點，對于盾構機車輪這種承載較大的場合，其承載能力明顯不足，因此，軸承在使用過程中經常出現早期疲勞甚至碎裂的現象，無法正常運行,從而影響盾構機的正常工作。

1—車輪； 2—軸承； 3—墊圈； 4—軸

3 軸承的設計改進

針對該軸承使用工況，設計了一種雙面異式密封結構的滿裝圓柱滾子軸承，如圖3所示。該結構軸承最大的特點是承載能力較大，與原軸承的載荷對比見表1。為保證良好的密封性能，軸承采用了雙面異式密封結構，內圈帶單擋邊側與接觸式密封圈配合，另一側的平擋圈帶有非接觸式全封閉防塵彈簧擋圈。這種異式密封結構新穎可靠，既保證了軸承的裝配，又能有效防止灰塵的侵入，同時還限制了滾子的軸向位移。

1—外圈；2—鋼球；3—密封組件；4—保持架；5—鉚釘；6—內圈

表1 載荷對比

1—外圈；2—滾子；3—密封組件；4—內圈；5—平擋圈；6—彈簧擋圈

4 改進前、后軸承的計算壽命

車輪軸承的轉速為1.5 r/min，要求能夠免維護運行10 000 h，則原密封深溝球軸承的計算額定壽命為

式中：L10h為90%可靠性的疲勞壽命，h；Cr為徑向基本額定動載荷，kN(由于兩列軸承距離很近，按雙列軸承基本額定動載荷來計算壽命)；P為當量動載荷，kN；n為轉速，n=1.5 r/min；a為疲勞壽命系數(綜合考慮材料及制造、潤滑和溫度條件后取經驗值a=0.2)。經計算得，Cr=220 kN，P=200 kN，L10h=2 960 h。

改進后的雙面異式密封滿裝圓柱滾子軸承的計算額定壽命為

同上工況參數，得Cr=380 kN，P=200 kN，L10h=18 878 h

5 結束語

上述壽命是在綜合考慮了潤滑及工況條件下99%可靠性的壽命。改進后的軸承很好地解決了使用中出現的問題，壽命得到較大提高，在盾構機上使用效果良好。