鐵路客車軸承保持架疲勞裂損故障分析

徐力 楚永萍 鐘敏

摘要：某公司2011年生產的25G型客車209P轉向架用軸承保持架在客車運行近60萬km時出現裂損現象。文章統計了故障軸承所屬輪對車輪滾動圓直徑差，分析了車輪失圓對輪軌間接觸力的影響。調查了現在用保持架的兩種澆注結構，分別取樣進行疲勞試驗測試，通過疲勞試驗發現工況2下兩者疲勞壽命有顯著區別。通過對故障產生的原因進行分析，提出對應的改善方法。

關鍵詞：鐵路客車 軸承 保持架 疲勞試驗 故障分析

1 概述

目前，25G型客車是鐵路客車運輸的重要組成部分，某公司2011年生產的25G型客車采用209P轉向架，該轉向架輪對軸箱裝置采用雙列短圓柱滾子軸承，型號為NJ（P）3226X1。本文就軸承保持架裂損的內外部因素及對應的改善方法進行探討。

2 軸承保持架斷裂故障現象

該公司2011年生產的25G型客車在運營近60萬km時，出現多起軸承保持架斷裂故障（見表1）。

3 故障原因分析

據調查，故障保持架型號均為LCT，該保持架有兩種結構（如圖1，箭頭為澆注口位置）。上述斷裂的保持架均為7個澆注口M2，斷裂位置多為窗孔端面油槽處；裝車考核采用的是14個澆注口M4，運行120萬km未出現保持架斷裂現象。從澆注及熔接位置比較，兩者生產工藝有較大區別。

針對上述兩種結構保持架，對窗孔進行拉伸疲勞試驗，疲勞試驗分兩個工況（見表2），試驗方法如圖2所示。從疲勞試驗結果（見表3）可以看出，14澆口保持架疲勞強度明顯優于7澆口。通過測量發現故障軸承對應的車輪均存在不同程度的碾寬、剝離以及凹陷等缺陷，從而造成車輪失圓。研究表明[1]車輛在運行時，若車輪出現失圓，輪軌間不斷有周期性激擾輸入，導致輪軌之間的沖擊加大，輪軌接觸力明顯增大，隨著列車速度的不斷提高，振動沖擊使轉向架其它部件所承受沖擊力急劇增加，疲勞壽命明顯縮短。表4給出了動態響應最大值仿真結果[2]，可以發現，車輪失圓引起的輪軌相互動力作用，隨行車速度和失圓幅值的增大而增大，且幅值比速度影響更為明顯。

以上分析表明，故障軸承所配屬輪對車輪踏面均存在不同程度的失圓傷損現象，直徑差幅值大于2.6mm，軸承保持架裂損與車輪失圓有直接關系。

綜上所述，本批25G型客車軸承保持架裂損故障的主要原因為：

①LCT保持架7個澆口的澆注方式，對保持架整體疲勞強度有一定影響。

②車輪存在較大幅值的失圓現象，導致輪軌之間的接觸力增加，造成保持架疲勞裂損。

4 對策及建議

本文針對該公司2011年25G型客車軸承保持架裂損故障現象進行了分析，根據仿真計算當車輪失圓幅值大于2mm時，輪軌接觸力增加1倍以上，對軸承保持架疲勞壽命有很大影響。因此，該公司采取對策主要如下：

①將本批25G型客車所有軸承的保持架更換為14個澆口M4結構，同時根據研究結果[3]，優化保持架窗孔注油槽結構。更換時若發現保持架有裂損，則整套軸承進行更換。

②嚴格執行運規對車輪踏面擦傷及局部凹陷深度的規定：本屬出庫不大于0.5mm，外屬出庫不大于1mm，運行途中不大于1.5mm。

③當車輪滾動圓直徑差幅值大于1.5mm時，及時對輪對進行旋修處理，同時檢查保持架是否存在裂損。

5 結束語

上述措施實施三年多來，該批25G型客車至今未再次發生軸承保持架裂損故障現象，效果良好。該公司后續生產的25G型客車也均按上述措施實施后，同樣效果顯著。

參考文獻：

[1]馬衛華，等.輪軌非對稱接觸及形面損傷問題分析[J].內燃機車，2008（5）：10-14.

[2]翟婉明.高速鐵路輪軌沖擊振動的特征及其控制原理[J].鐵道學報，1995（3）.

[3]崔雷.客車軸承保持架結構優化設計研究[J].鐵道車輛，2012（12）.

作者簡介：徐力（1982-），男，江蘇鎮江人，本科，學士，主要從事客車及地鐵轉向架組裝工藝開發及研究。