CRH3C型動車組轉向架軸箱軸承失效原因分析及新型結構研究

摘要：CRH3C型動車組在高速運行過程中，由于軸承密封結構存在設計缺陷，易造成軸承油脂大量流失，最終導致軸承油脂偏少，潤滑不良；高速運轉缺油的軸承難以形成有效的潤滑油膜，線路較大的沖擊和振動導致軸承剝離失效;當軸承運行里程超過80萬公里時，軸承的運行狀態會逐漸惡化，存在運行安全隱患。新結構軸箱軸承與原結構相比，改進密封防塵罩結構，增加迷宮結構，在軸承中間增加注油孔，同時使用L055油脂，增加油脂溫度工作范圍及粘度，避免油脂的大量流失。

關鍵詞：軸承失效；密封結構缺陷；迷宮結構；油脂溫度工作范圍；油脂粘度

引言

CRH3C型動車組為引進德國西門子技術生產的時速300公里速度級高速動車組。該動車組為8輛4動4拖編組，牽引總功率為8800kW。CRH3C型動車組自2008年起先后在京津、武廣和滬寧等線路投入運用。

CRH3C轉向架軸箱軸承采用舍弗勒公司提供的02版軸承，軸承代號：F-807811.02.TAROL130×240-B-TVP。裝車運用的CRH3C型動車組轉向架軸箱軸承總數量為5120套。

CRH3C型動車組在運用中共發生軸箱軸承故障52起，分為三類：一是軸溫升高，共34起，其中軸承外圈滾道剝離14起，軸承滾道未剝離14起，未確認6起；二是熱軸預警，共10起，其中軸承外圈滾道剝離7起，軸承滾道未剝離3起；三是滾動異響，共8起，其中軸承外圈滾道剝離4起，軸承滾道未剝離4起。本文將就CRH3C轉向架軸箱軸承故障原因進行分析，并對新型軸箱軸承結構進行介紹。

1.原因分析

1.1故障軸承分解檢查情況分析

針對運用中軸承存在異常溫升和異響故障，通過對軸承拆解檢查，檢查中發現故障軸承存在外圈滾道剝離、滾子剝離、銹蝕、變色、滾子端面磨痕、滾道油膜缺失、內圈滾道凹痕、軸承防塵罩脫出、軸端甩油等問題。

1.2軸箱軸承理化分析

對上述故障軸承進行理化分析發現大部分軸承都不同程度存在異常磨損、滾道剝離，剝離區域局部放大觀察可見疲勞擴展特征，軸承油脂量偏少且軸承錐入度值大小不一，但軸承外圈、內側內圈和內側滾子的硬度、金相組織、非金屬夾雜物等項指標均在正常范圍。

1.3軸箱軸承走行里程分析

對軸箱軸承在武廣和京津客運專線不同運用里程時發生的故障情況進行統計分析如下：分解檢查的25件剝離故障軸承中，剝離故障發生時的最低運用里程為63萬公里，最高運用里程為118.9萬公里。不同運用里程故障情況統計見圖1-1。

圖1-1軸承剝離與運用里程關系統計圖

可見運行公里數超80萬公里時，故障總比例為84%，故障發生率最高。

1.4 軸承結構分析

CRH3C軸箱軸承由舍弗勒公司提供，為自密封、自帶潤滑脂圓錐滾子軸承單元。軸承規格：130×240×160，軸承為120萬公里免維護，免注脂，新軸承注脂量為240±10g，軸承代號：F-807811.02.TAROL130×240-B-TVP。油脂型號為油脂型號L218，防塵罩與內圈的間隙為0-0.6mm。

由于采用圓錐滾子軸承，潤滑脂易向密封罩和中隔圈處堆積，密封罩結構較為簡單，鎖定油脂能力較差，在車組的長時間運行過程中，造成油脂的大量流失。

1.5現場軸承檢查分析

結合動車所十萬公里空心軸探傷，打開軸端檢查軸承表面狀態，軸承端面普遍存在甩油現象。2012年2月23日，在北京動車段結合M修，抽檢CRH3009列軸承狀態，CRH3009總運行里程99萬公里，M1修后運行6萬公里，對1車2軸、2車2軸、6車4軸、7車1軸、8車1軸共7個軸端開蓋檢查潤滑脂泄漏情況，發現潤滑脂泄漏情況普遍且明顯，每個軸端外側的潤滑脂泄漏量在2克至12克之間。

2.故障結論

軸承本身密封結構存在設計缺陷，密封不良，油脂的鎖定能力較差，易造成軸承油脂大量流失，最終導致軸承油脂偏少，軸承潤滑不良，高速運轉缺油的軸承難以形成有效的潤滑油膜，線路較大的沖擊和振動導致軸承剝離失效，且當運行公里數超過80萬公里時，軸承的運行狀態將會逐漸惡化，存在運行安全隱患。

3.措施及建議

采用新結構軸承，軸承結構為F-807811.09，與原結構相比，改進防塵罩結構，增加類似迷宮結構，在軸承中間增加注油孔，同時改進軸承油脂，使用L055油脂，改進油脂工作范圍及粘度，使軸承鎖定油脂能力增強（不同的密封結構及油脂，溢出油脂量不同，這點在后續的運用分析中可以證明），避免油脂的大量流失，L055與L218油參數對比如表1；軸承鋼在原真空脫氣冶煉工藝的基礎上增加了氬氣保護電渣重熔工藝；在外圈中部增加3個均布M10注脂孔和密封堵；軸承內、外圈均進行了鋅基磷化工藝處理。

表1

序號 型號 油脂使用溫度范圍 油脂粘度(40℃)mm2/s 密度(Kg/dm3)

1 L218 -30～140℃ 40 約0.9

2 L055 -40～140℃ 82 0.9

4.實驗結果

2012年根據鐵道部文件要求，在CRH3078C列5-8號車上安裝32套新結構軸承，1-4號車上安裝32套原結構軸承，截止2013年7月19日，FAG新結構軸承運用考核車組CRH3078C車組已運用553814公里，經歷6個M1修。軸承運用漏脂記錄與原結構FAG軸承對比，原結構的FAG軸承油脂泄露量明顯高于新結構軸承，通過建監控這段時間內的軸承運用狀態溫度情況（根據現階段西門子軟件邏輯判斷），沒有發生軸溫升高、軸溫預警、軸承異響等故障，這表明新結構軸承運行效果明前強于原結構軸承。

5.參考文獻

[1] 梅宏斌.滾動軸承振動檢測與診斷理論.方法.系統.[M].機械工業出版社，1996

[2] 李國華，張永忠.機械故障診斷[M].北學工業出版社，1999

6. 作者簡介

王士強（1987－）,男，助理工程師,本科生，主要從事轉向架方面的研究。