客車轉(zhuǎn)向架軸承常見故障分析

郭常鵬+劉坤+齊欣雨

摘 要：軸承是客車車輛不可缺少的重要走行部件，在鐵路客車高速運營的條件下，轉(zhuǎn)向架軸承一旦發(fā)生故障，若不及時發(fā)現(xiàn)，會導致熱軸、燃軸等事故的發(fā)生。對軸承故障的原因分析可以減少或杜絕事故的發(fā)生，以保證安全、可靠、有效、經(jīng)濟的完成旅客的運輸任務，對鐵路客車的安全運行具有重大意義。本文通過對客車軸承常見故障的跟蹤檢查，對故障發(fā)生原因進行了分析，以期更好的提高轉(zhuǎn)向架軸承的穩(wěn)定使用，確保客車運行的順利有序。

關鍵詞：客車轉(zhuǎn)向架；滾動軸承；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.010

0 引言

鐵路客車是我國軌道交通的主力軍，它承載著乘客的生命與安全。隨著鐵路客車不斷的提速以及車輛使用率的提高， 車輛在運用中出現(xiàn)的車輛故障也日益突出，特別是軸承故障的大幅度增加。車輛在運行中，受速度、交路、線路運行條件的影響，軸承零部件會發(fā)生磨耗、松弛、變形、銹蝕、裂損等故障，因此，對軸承故障的分析有助于減少或杜絕事故的發(fā)生，最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力[1]。

1 客車轉(zhuǎn)向架軸承的結(jié)構(gòu)

客車轉(zhuǎn)向架軸承包括四部分：內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架。

軸承內(nèi)圈與軸固定在一起，軸帶動內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)；軸承外圈與軸箱固定在一起起支撐作用。

滾動體為滾動軸承中的關鍵零件，它處于內(nèi)、外圈工作面中間，使相對運動表面間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦。

保持架將軸承中的滾動體均勻分布，主要對滾動體起保持作用，避免滾動體偏離正確的滾道，同時使軸承潤滑性能和內(nèi)部載荷分配得到改善[2]。

2 客車轉(zhuǎn)向架軸承的故障型式

軸承故障有六種主要的損傷/故障形態(tài)，分別為：疲勞、磨損、腐蝕、電蝕、塑性變形、斷裂或開裂，這些分類主要以滾動體接觸面以及其它功能表面上可見的特征以及區(qū)別各種損傷/故障原理的特征為基礎。大部分軸承損傷都與這六種主要形態(tài)及其子形態(tài)有關。

2.1 疲勞

疲勞是指因滾動體和滾道接觸面產(chǎn)生的周期性循環(huán)接觸應力而導致材料組織發(fā)生變化。通常，疲勞表現(xiàn)為剝離或者脫落，即材料裂紋。

（1）次表面疲勞。在周期性循環(huán)應力的作用下，材料會發(fā)生疲勞，滾道表面內(nèi)部會因結(jié)構(gòu)變化并產(chǎn)生微裂紋。當這些裂紋發(fā)展到表面時，材料便會變得松弛并剝落。如果軸承工作條件異常，軸承的某些區(qū)域便會過載，從而導致早期疲勞。還有軸承材質(zhì)不純凈，夾雜氧化物等雜質(zhì)時，導致軸承疲勞。

預防措施：

·檢查軸頸、軸箱是否符合要求；

·檢查載荷條件。

（2）表面疲勞。表面疲勞通常由于潤滑不足導致。如果潤滑脂量或者潤滑脂的選擇不當，或者潤滑脂被污染，軸承產(chǎn)生微剝落并逐漸擴展成較大的碎片。最后，承載區(qū)周圍以及旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈上會形成完全剝落或磨損。

預防措施：

· 檢查潤滑脂是否合適；

· 檢查潤滑脂量是否足夠；

· 檢查密封狀態(tài)是否有效。

2.2 磨損

磨損是指，因兩個滑動面或者滑動—滾動接觸面在工作中的相互作用造成材料逐漸被磨除。

（1）磨粒磨損。磨粒磨損是指材料逐漸被磨除。這種磨損主要由于潤滑不足所致，滾道、滾動體和保持架都會因為磨耗而受損。通常情況下，磨耗磨損的速度會越來越快，因為磨損顆粒會進一步降低潤滑脂的潤滑性能，從而破壞軸承的微觀結(jié)構(gòu)。

軸承在使用的過程中，軸承部件表面鏡面磨光的磨損是可以接受的。如果磨損導致軸承工作表面產(chǎn)生指甲能夠感覺到或其它試驗探棒能夠探測到的有脊磨痕，則該軸承應報廢處理。

預防措施：

·檢查密封件性能，是否有污染顆粒侵入。

·檢查潤滑脂中是否有雜質(zhì)。

（2）粘著磨損。粘著磨損通常是指，一個表面的材料因為摩擦產(chǎn)生的熱量（有時是因為表面回火或二次硬化）轉(zhuǎn)移到了另一個表面上。粘著磨損會導致局部應力集中和接觸面剝落，通常是由于潤滑不足所致。

如果軸承的粘著磨損部位有觸感，或可通過指甲滑過損傷面感覺到，該軸承應報廢處理。

預防措施：

· 檢查潤滑脂是否合適；

· 檢查潤滑脂量是否足夠；

· 檢查密封是否有效。

2.3 腐蝕

（1）潮濕腐蝕。如果水或者腐蝕性介質(zhì)進入軸承內(nèi)部，致使?jié)櫥荒軐S承表面提供充分的保護，便會引起軸承零部件銹蝕。滾道上會形成深灰色的條狀痕跡。軸承在靜止狀態(tài)下腐蝕的可能性最高。

如果軸承部件的腐蝕性損傷能夠用指甲感覺到，該軸承應報廢處理。軸承部件表面的污跡如果能夠細砂紙磨掉，則該軸承可繼續(xù)使用。

預防措施：

·檢查密封條件，并使用合適的潤滑脂。

（2）摩擦腐蝕。摩擦腐蝕是在特定的條件下，軸承內(nèi)接觸表面之間的相對微觀運動產(chǎn)生的化學反應。通常，軸承會因為振動而產(chǎn)生摩擦腐蝕或磨損。

（3）蠕動腐蝕。當軸承內(nèi)外圈與軸或軸箱之間進行相對運動時，如果配合太松或者不精確，便會產(chǎn)生蠕動腐蝕，相對運動可導致小顆粒從表面脫離。蠕動腐蝕使軸承圈不能被均勻地支撐，從而影響軸承內(nèi)的載荷分布，這種情況主要發(fā)生在軸承外圈的外表面。

2.4 電蝕

（1）過電壓。當電流穿過軸承時，即通過滾動體從一個軸承圈流到另一個軸承圈時，接觸面材料會被加熱到回火溫度至熔化溫度，導致出現(xiàn)各種大小的變色區(qū)域。如果材料被熔化，會形成放電痕，滾道和滾動體上出現(xiàn)局部灼痕。

預防措施：

·確保接地回流裝置（電刷）工作正常

·焊接作業(yè)時，確保接地正確。

（2）過電流。當電流連續(xù)經(jīng)過工作中的軸承時，即使電流強度不高，滾道表面也會受熱量影響并且被腐蝕，并形成細微的放電痕。與過電壓造成的損傷相比，其直徑較小。損傷程度取決于以下幾個因素：電流強度、持續(xù)時間、軸承載荷、速度和潤滑脂。除軸承損傷之外，損傷區(qū)域附近的潤滑脂會碳化，最終導致潤滑不良以及表面疲勞和剝落。

2.5 塑性變形

（1）過載。過載由靜載荷或沖擊載荷引起，會產(chǎn)生塑性變形。過載的主要根源在于安裝不正確（滾動體受到力）或者保持架、軸承圈、滾動體或密封件受到外力擊打。（2）雜質(zhì)壓痕。當雜質(zhì)進入軸承內(nèi)并且被滾動體壓到滾道上時，會形成凹痕。嚴重凹痕造成的塑性變形會會導致疲勞，當疲勞達到一定程度時，會產(chǎn)生過早剝落。

2.6 斷裂或開裂

（1）局部過載破裂。應力集中且超過材料的抗拉強度會造成受壓破裂。產(chǎn)生此問題的主要原因是安裝或拆卸軸承時處理不當。

（2）疲勞斷裂。應力循環(huán)超過疲勞強度時，會造成疲勞破裂。裂紋一旦產(chǎn)生，便會逐漸發(fā)展，最終導致軸承圈或保持架破裂。

（3）熱裂。軸承內(nèi)外圈因滑動產(chǎn)生過高摩擦熱量時，會造成受熱破裂，裂紋通常與接觸面的運動方向垂直。軸端壓板或軸箱蓋緊固不當時，會發(fā)生該現(xiàn)象。

3 軸承在運用中發(fā)熱的原因

軸箱軸承的主要熱源為：滾動體與內(nèi)外圈滾道之間的摩擦；保持架與外圈引導面之間的摩擦；滾子與保持架兜孔之間的摩擦；滾子端面與擋邊之間的摩擦；潤滑脂的黏性摩擦。由此可知熱源是由于各部件之間的摩擦引起的，軸承工作時產(chǎn)生摩擦，摩擦生成熱量，最終引起軸承溫度的升高。

軸承在運用中造成發(fā)熱有以下幾個方面的原因。

（1）油脂過多。若油脂填加過多，不僅無利，反而使軸承內(nèi)部發(fā)生過多的摩擦和攪拌熱，使軸承發(fā)熱。

（2）油脂缺少或變質(zhì)。由于油脂缺少或變質(zhì)， 軸承潤滑狀態(tài)不良，也會使軸承發(fā)熱。

（3）軸承軸向游隙過小。軸承軸向游隙過小，將增加摩擦，使軸承發(fā)熱，甚至導致滾子卡死引起事故。若游隙過大，則會使軸承局部負荷加大，縮短其使用壽命[3]。

（4）軸承內(nèi)混有雜質(zhì)。當軸承清洗不干凈，潤滑脂內(nèi)混有雜質(zhì)，密封不良而導致異物進入等，均可導致軸承發(fā)熱。

（5）軸承內(nèi)部損壞。當軸承內(nèi)外滾道破裂、剝離、軸承內(nèi)外圈、滾子或保持架裂紋或破碎時，軸承將發(fā)熱。

（6）轉(zhuǎn)向架狀態(tài)不良。當轉(zhuǎn)向架組裝不正位或變形時，也會造成軸承受力不均而發(fā)熱。

（7）車輛中的車輪擦傷、剝離故障。車輪踏面擦傷、剝離后，增加軸承沖擊振動，產(chǎn)生過熱。

4 結(jié)論

軸承狀態(tài)的優(yōu)劣，直接關系到行車安全，對車輛的運行品質(zhì)有很大影響。本文主要以軸承滾動體接觸面以及其表面上可見的特征以及區(qū)別各種損傷/故障原理的特征為基礎，通過對軸承常見故障進行分析，對更好的提高轉(zhuǎn)向架軸承的穩(wěn)定使用，減少軸承故障，提高鐵路車輛的安全運行水平，確保車輛安全平穩(wěn)運行做出必要的努力。

參考文獻：

[1]趙曉玲.滾動軸承故障振動檢測方法[J].重慶科技學院學報，2007，9（01）：41-44.

[2]趙治博.地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷方法研究[D].北京交通大學，2015.

[3]李修嶺.貨車滾動軸承熱軸故障分析及解決措施[J].甘肅科技，2015.

作者簡介：郭常鵬（1987-），男，甘肅金昌人，工學學士，助理工程師，主要從事鐵路交通裝備轉(zhuǎn)向架制造技術的研究。