承載鞍與軸承熱軸關系探討

肖 斌

(1 中國鐵道科學研究院 研修學院， 北京 100081；2 廣州鐵路(集團)公司 株洲車輛段技術科， 湖南株洲 412000)

承載鞍與軸承熱軸關系探討

肖 斌1,2

(1 中國鐵道科學研究院 研修學院， 北京 100081；2 廣州鐵路(集團)公司 株洲車輛段技術科， 湖南株洲 412000)

隨著鐵路貨車運行速度逐步提升,貨物列車熱軸故障開始增多，成為影響運輸安全和運輸秩序的主要故障之一，通過討論承載鞍磨耗及組裝過程中存在的問題，分析了其對產生軸承熱軸帶來的影響，提出了承載鞍在檢測和組裝過程中的幾項要點和建議，以預防軸承熱軸的產生。

承載鞍； 熱軸； 磨耗分析

近年來，隨著鐵路貨物列車運行速度不斷提升，軸承熱軸故障逐漸增多，成為了影響運輸效率和擾亂運輸秩序的重要故障，因此預防軸承熱軸，對保障運行安全、提高運輸效率有著重要的實際意義。從承載鞍的磨耗與組裝過程中存在的主要問題，探討承載鞍裝配對軸承熱軸的影響。

1 軸承熱軸的主要因素分析

從貨車檢修單位日常檢修及運用過程中發現的產生軸承熱軸的的故障表現形式主要有以下幾種類型：密封罩松動脫出、外圈缺損、保持架裂損、滾道擦傷剝離、滾子剝離、軸承與承載鞍接觸不良等。其中，除了與承載鞍接觸不良故障是與其余配件的配合組裝問題，其他因素均為軸承內部檢修質量問題。而我們日常在進行軸承熱軸原因分析時，多是對軸承本身質量進行分析，而往往忽視了承載鞍及軸承的配套問題。承載鞍作為輪對支撐的活動支點，同時具有傳遞輪重載荷和防護滾動軸承的雙重功能，是無軸箱體貨車轉向架的重要部件，其與軸承的配合良好程度，在很大程度上影響著軸承的正常使用性能，因此，本文將著重對軸承及承載鞍的配合組裝問題進行探討。

2 典型熱軸實例

本文選取近期發生的兩起比較典型的THDS預報熱軸的情況進行分析：

(1) 2014年9月11日18:28分，京廣線86225次通過越江站后，紅外線預報機后第36位運行右側第2軸強熱，列車于18:41到川山坪站，列檢檢查后進行了甩車處理。調閱前方5個探測站THDS預報情況，預報溫升從64°至71°逐漸攀升。

(2) 2015年3月14日16：49分，X2601次通過襄陽北四場漢丹下行紅外探測站， THDS預報機后41位車輛運行方向右4位軸溫最大值(軸溫70℃、環溫18℃、溫升52℃)。列檢作業人員檢查后進行甩車處理,同時調閱前方4個探測站THDS預報情況,預報溫升從67°至70°不斷攀升。

兩起熱軸事件發生后，對發生原因進行了分析，分解后發現，軸承內部并無明顯缺陷，但熱軸軸承表面靠近輪對一側均有比較明顯的環形亮痕(見圖1、圖2)，與正常運行的軸承外圈有明顯區別(見圖3)。

圖1 墊軸軸承外圈

據此情況，我們對與熱軸軸承配合組裝的承載鞍部分尺寸進行了測量，具體數據如下：

從測量數據來看，關鍵的鞍面磨耗及頂面偏磨數據都在(鐵運[2012]202號)《鐵路貨車段修規程》規定的范圍內，但進一步觀察數據可以看到，兩個承載鞍內鞍面環帶的磨耗均小于外鞍面環帶的磨耗，即內鞍面環帶的磨耗剩余高度高于外鞍面環帶，因此，初步分析該情況為造成熱軸的一個因素，下面將進一步就該情況與軸承熱軸的原因進行細致分析。

圖3 正常軸承外圈

測量樣本承載內鞍面環帶磨耗/mm承載鞍外鞍面環帶磨耗/mm頂面偏磨/mm案例1承載鞍0.10.31.0案例2承載鞍0.10.40.8

3 原因分析

3.1 問題的主要表象

當承載鞍與軸承配合不當時，主要表現在軸承外圈表面出現不均勻的摩擦痕跡，或者不正常的壓痕、磨損痕跡(如圖4)

圖4 軸承外圈痕跡

目前我國鐵路貨車試用的滾動軸承多為雙列圓錐滾子軸承(如圖5),該類軸承承載力大、極限轉速低，存在一定的軸向游隙，并且在軸承內部通過注入適量油脂形成油膜保障軸承的正常工作。在運行過程中，理論上車輛載荷將通過承載鞍均勻分布給兩列滾子。但當承載鞍與軸承配合不當(出現如圖4的現象，即外圈表面出現不正常磨耗現象,劃痕、磕碰、壓痕等),由于軸承外圈各部受力不均,使得局部應力過大,造成軸承內部組件承載不均,破壞內部的油膜,使得軸承內部滾子干磨或滑動,油脂無法將過載磨耗產生的大量熱量帶走,從而使得軸承內部溫度急劇上升,進而產生熱軸。

圖5 軸承剖面圖

3.2 產生熱軸的原因分析

理論上，車輛載荷應該通過承載鞍均勻分配，由于車輛運行過程中因為晃動等原因造成的軸承外圈和承載鞍鞍面相對位移造成的磨耗應該是均勻的(如圖6)。

圖6 軸頸受力圖

而實際上，由于車軸軸頸受力將產生向下變形的趨勢(如圖7)，即車軸軸頸在受力時，實際有從A線變為B線的趨勢，實際受力并不是理論上的均勻分布，而是越靠近軸端受力越大，借助有限元分析也可以清楚的看到該情況(如圖8)。

圖7 車軸軸頸受力分析

圖8 有限元分析圖

即實際承載鞍鞍面磨耗應為靠近軸端一側磨耗大于靠近車輪一側磨耗。如圖9所示，以A端為軸端面示意，則鞍面環帶a磨耗應大于鞍面環帶b。反之，若鞍面環帶b磨耗大于鞍面環帶a的磨耗，則在組裝后，由于承載鞍兩鞍面高度與軸承受力趨勢相反，內側鞍面環帶傳遞力將大于外側，易造成內側滾子受力遠大于外側滾子從而使得內側滾子在外力壓迫下破壞油膜形成熱軸故障。

圖9 承載鞍鞍面

4 日常檢修過程中存在的不足

4.1 承載鞍檢測方法存在的不足

以轉K2型承載鞍檢測為例，目前根據(鐵運[2012]202號)《鐵路貨車段修規程》規定的承載鞍檢測項目主要有以下幾項:承載鞍頂面偏磨量、承載鞍導框擋邊內側面磨耗量，承載鞍導框磨耗量、承載鞍鞍面徑向(半徑)磨耗量以及承載鞍推理擋肩磨耗量。根據上文分析，目前車輛段修時，對承載鞍各部位磨耗量檢測時，還存在以下不足之處：

(1) 承載鞍鞍面徑向(半徑)磨耗量檢測

在實際作業過程中對該處的測量，各車輛段采用的大多為人工使用樣板檢測，檢測方法如圖10所示，使用承載鞍綜合檢測量規尺寸R115檢查承載鞍鞍面，弧面與鞍面如有間隙，用0.5 mm針規能插入者為過限：

圖10 承載鞍鞍面徑向磨耗量檢測示意圖

這種測量方法的不足之處在于：該方法是對承載鞍的兩個承載鞍內鞍面環的磨耗程度進行分別測量，當兩處磨耗均未超過0.5mm時，即判定該承載鞍內鞍面符合要求，對兩個承載鞍內鞍面環的剩余厚度差無法進行衡量。而根據上文分析，若兩個承載鞍內鞍面環的磨耗不均衡時，特別是當內側鞍面環的磨耗剩余厚度大于外側鞍面環時，可能引起軸承熱軸故障；

(2) 承載鞍頂面磨耗及偏磨量檢測

檢測方法如圖11所示：將承載鞍置于偏磨檢測儀上，調整定位板螺栓卡緊承載鞍，通過移動滑座，讀取百分表在承載鞍頂面的最大值和最小值，則最大值為頂面磨耗深度，差值為偏磨量。

這種測量方法的不足之處在于：若承載鞍內鞍面兩環帶存在高度差，則承載鞍在測量儀上的基準定位就存在偏差，這種偏差，造成承載鞍頂面在測量儀上并不是一個與滑座平行的平面，使得頂面測量數值存在較大偏差。

4.2 承載鞍檢測不到位產生的影響

(1) 對承載鞍鞍面內徑的測量，由于忽視了兩個承載鞍內鞍面環帶的磨耗量不均勻的問題，將造成大量存在承載鞍內鞍面高度差的承載鞍裝車使用，給運行車輛帶來熱軸隱患；

(2) 由于頂面磨耗及偏磨量測量數值的不準確，易使得承載鞍與側架導框乃至軸承的配合存在偏壓，即承載鞍組裝后，由于偏磨量較大的存在，通過側架導框傳導的力傳至軸承時是不均衡的，易破壞軸承內部油膜，造成熱軸。

5 改進方法及建議

(1) 根據TB/T 3267-2011《鐵道貨車承載鞍》的標準，承載鞍兩環帶的直徑差應≤0.075 mm，因此在段修作業時，對承載鞍內鞍面徑向磨耗進行檢測時，應使用不同規格的針規進行穿透檢查，建議配置從0.1 mm至0.5 mm共計5種規格的針規，對兩個承載鞍內鞍面環帶的磨耗量分別檢測后進行計算，在保證鞍面徑向磨耗不過限的情況，若承載鞍內側環帶磨耗小于外側磨耗量，即內側磨耗剩余度高于外側磨耗剩余厚度在0.1 mm及以上，也建議將此承載鞍做報廢處理，不再使用；

(2) 若使用承載鞍偏磨檢測儀承載鞍進行頂面磨耗及偏磨檢測時，應充分考慮承載鞍鞍面兩環帶的磨耗差值問題，一是內側環帶磨耗小于外側磨耗的不應再進行檢測而應做報廢處理；二是對于兩環帶磨耗差符合要求的承載鞍，在進行頂面磨耗測量時，應充分考慮到鞍面磨耗數值，以還原頂面磨耗及偏磨的真實數值，保證配件符合裝車使用的要求。但當兩鞍面環帶磨耗差過大時，由于基準面失衡過多，給最終的頂面磨耗及偏磨數值的計算帶來一定難度，在現場實際作業過程中難以掌握，因此此種測量方式需得到進一步改進。

(3) 由于上述測量方式存在的較多弊端，綜合考慮人工測量誤差及工量器具的誤差，建議開發研制使用激光或紅外線自動測量儀器對承載鞍的頂面和鞍面徑向進行精準檢測，減少測量誤差，加強裝車配件的質量控制，進一步消除承載鞍因素對軸承熱軸帶來的影響。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路貨車段修規程[M].北京：中國鐵道出版社,2012.

[2] 黃毅，陳雷.鐵路貨車檢修技術[M].北京：中國鐵道出版社,2012.

[3] TB/T 3267-2011 鐵道貨車承載鞍[S].

Discuss of the Relationship Between the Adapters and The Bearing Saddle Fever

XIAOBin1,2

(1 Technology Research College, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China;2 Zhuzhou Vehicle Depot, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Zhuzhou 412000 Hunan, China)

With the gradually increased speed of railway wagons, freight train hotbox trouble began to increase, to become one of the major fault that do harm to transport safety. Through discussing the saddle bearing wear and existing shortage in the assembly process, of which the impact on heat axis is analyzed. Several key points and recommendations in the detection and assembly process of adapters are proposed to prevent heat generated bearing shaft.

adapter; bearing fever; wear analysis

1008-7842 (2015) 06-0095-04

男，工程師(

2015-07-02)

U279.3+4

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.24