鐵路貨車軸承試驗技術

尹福剛，王洪利

（瓦房店軸承集團有限責任公司 國家大型軸承工程技術研究中心，遼寧 瓦房店116300）

鐵路貨車軸承試驗技術

尹福剛，王洪利

（瓦房店軸承集團有限責任公司 國家大型軸承工程技術研究中心，遼寧 瓦房店116300）

介紹了鐵路貨車軸承試驗技術，講述了鐵路貨車軸承試驗機原理和應用該試驗機進行軸承試驗的方法。從試驗方案編制到試驗結果分析，講述大軸重鐵路貨車軸承試驗方法，實現了重載鐵路貨車軸承高可靠性、長壽命的試驗室驗證。

鐵路貨車軸承；試驗技術；試驗機；徑向加載；軸向加載

1 前言

當前世界鐵路運輸發展呈現著兩大趨勢，即“客運高速”和“貨運重載”，這是世界鐵路運輸發展的方向。隨著時代的進步和科學技術的發展，高科技在鐵路運輸中的應用日益普遍。

2010年原鐵道部立項開展了 “30t軸重貨車車軸、車輪及軸承關鍵技術”課題研究，同時該課題也是在科技部“863”、“973”計劃支持下開展的研究項目。軸承作為重載鐵路貨車走行安全的關鍵零部件，其設計、制造工藝、應用維護水平直接影響著鐵路貨運的安全。軸承的設計和制造能否達到使用要求，需要試驗驗證，因此進行鐵路貨車軸承試驗技術研究，實現重載鐵路貨車高可靠性、長壽命的試驗室驗證。

2 鐵路貨車軸承試驗機

2.1 設備參數

鐵路軸承試驗機允許試驗軸承尺寸范圍：最小內徑φ130mm，最大外徑φ300mm，最大軸承寬度210mm，最高允許轉速1 100r/min,最大徑向加載250kN,最大軸向加載100kN。

2.2 試驗機組成及工作原理

該試驗機由機體、驅動組件、加載組件、試驗主軸及工裝組件、液壓系統、潤滑系統和電氣控制系統、試驗數據采集和分析組件等部分組成。驅動組件采用電機三角帶驅動，并由漲緊套連接大帶輪，便于調整。主軸轉速由45kW變頻電機調速控制，試驗轉速最高可以達到1 100r/ min，相當車速180km/h。該試驗機主要用于重載鐵路軸承性能及壽命試驗。

試驗機簡圖見圖 1。試驗機加載組件由徑向和軸向加載兩部分組成，徑向加載通過油缸、杠桿及連桿，把力作用在承載鞍的兩側上。軸向加載利用一個液壓缸，通過雙導桿實現兩個被試軸承左右兩個方向的加載要求。液壓缸前腔進油時，被試軸承受拉；液壓缸后腔進油時，被試軸承受壓。軸的兩端兩個被試軸承所受的拉力或壓力同時作用在軸上，大小相等，方向相反。因此，工作軸承不承受軸向力。

加載力由力傳感器檢測并反饋到試驗機控制系統，力值大小由液壓系統比例電磁閥調整，實現載荷閉環控制。試驗機主軸及工裝組件包括試驗軸承、陪試軸承及主軸上安裝的零部件等，根據試驗軸承的結構和試驗加載形式設計相應零部件。液壓系統由高壓柱塞泵、高精度比例調壓閥、蓄能器等組成，徑向、軸向壓力分別調控，由試驗機控制系統根據設定的試驗方案自動調整工作壓力。

潤滑系統為軸承試驗組件提供主動稀油潤滑，自動控制油溫、油量。

電氣控制系統由計算機測控系統和電源供電系統組成，計算機測控系統（見圖 2）集中控制試驗機動作和加載，載荷和轉速采用閉環控制方法，見圖 3、圖 4，采集、處理、記錄試驗數據，按照試驗方案要求自動控制試驗進程，試驗中出現異常問題自動報警、停機。試驗數據采集和分析組件包括溫度傳感器、振動加速度傳感器、數據處理軟件等，試驗過程中自動采集、記錄軸承溫度、振動值等參數，對采集到的數據實時處理，生成試驗數據處理報告。

3 鐵路貨車軸承試驗

3.1 試驗類型

鐵路貨車軸承試驗分為臺架熱性能試驗、臺架耐久性能試驗等。熱性能試驗依據的標準為TB/T 3000-2000《機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的熱試驗方法》，耐久性能試驗依據標準TB/T 3017-2001《機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的耐久試驗方法》。

圖1 鐵路貨車軸承試驗機簡圖

3.2 試驗方案確定[1]

以30t軸重鐵路貨車軸承353132X2-2RS熱性能試驗為例。

3.2.1 試驗循環確定

試驗循環按照標準TB/T 3000-2000《機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的熱試驗方法》確定了基本行程為8h轉動循環、強化行程為20h、轉動循環及強化載荷16h試驗。

（1）基本行程8h轉動循環

——3h50min向一個方向轉動，其中3h40min以最高轉速轉動，停止驅動10min，保持通風；

——3h50min向另一個方向轉動，其中3h40min以最高轉速轉動，停止驅動10min，保持通風。

（2）強化行程20h轉動循環

——20h以最高速度向一方向轉動，停止驅動2h，保持通風；

圖2 試驗機測控系統

圖3 變載閉環控制圖

圖4 變速閉環控制圖

——20h以最高速度向另一方向轉動，停止驅動2h，保持通風。

（3）強化載荷16h試驗

——8h以最高速度向一方向轉動，停止驅動2h，保持通風；

——8h以最高速度向另一方向轉動，停止驅動，保持通風。

3.2.2 試驗載荷確定

試驗載荷按照標準TB/T 3000-2000《機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的熱試驗方法》進行計算。按以下公式（1）、（2）進行載荷計算。

徑向力Fr，kN：

1.2 ——安全系數；

1/2——考慮有關與軸箱的值而規定的系數；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

m1——軸頸上的質量，kg。

交變軸向力Fa，kN：

1.2 ——安全系數；

1/2——考慮有關與軸箱的值而規定的系數；

0.5 ——考慮實際運用中所遇到的平均值而規定的系數；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

(m1+m2)—軸重，kg。

根據（1）、（2）算式計算得出以下試驗載荷：

（1）預試驗載荷

Fr空=0.6×(25/4-1.37)×9.81=28.7kN

Fa空=0.255×(10+25/4/3×9.81)=7.8kN

（2）性能試驗載荷

Fr重1=0.6×(30-1.37)×9.81=168.5kN

Fa重1=0.255×(10+30/3×9.81)=27.6kN

Fr重2=0.6×(30-1.37)×9.81=168.5kN

Fa重2=0.255×(10+32.5/3×9.81)=29.6kN

（3）強化試驗載荷

Fr重3=0.6×(32.5-1.37)×9.81=183.2kN Fa重4=0.2×(32.5-1.37)×9.81=61.1kN

試驗軸承按下列試驗條件進行預試驗、性能試驗和強化試驗。垂向載荷恒定施加，橫向載荷雙向脈動施加，按5s （推）→25s（停）→5s（拉）→25s（停）的周期循環進行，見表 1。

3.2.3 試驗轉速的確定

試驗轉速n（r/min）可由下式得出：n=5.305V/ D，其中：

n ——試驗轉速，r/min；

D ——車輪直徑，m；車輪直徑0.865m；

V ——車輛運轉速度，km/h。

3.3 試驗軸承壓裝

試驗軸承的壓裝符合TB/T1701-2005標準要求，壓裝后檢查軸承軸向游隙是否正常，旋轉靈活性是否良好。

3.4 軸承試驗記錄

運轉過程的室溫、試驗軸承及試驗臺支持軸承溫度、試驗軸承振動、試驗載荷、試驗轉速均由計算機自動連續記錄，形成參數曲線，試驗數據按每1min自動進行記錄一次，直到試驗結束。

3.5 軸承試驗數據處理

采用EXCEL對運轉試驗記錄的溫度數據進行處理，得出各工況下軸承的最高溫度和最高溫升，并生成相應的溫度曲線圖，在353132X2-2RS熱性能試驗中，選取其中4個運轉循環的溫度曲線，見圖 5、6、7、8。

由圖 5、6、7、8可見，353132X2-2RS軸承溫度、溫升曲線平穩，最高溫度、溫升達標，符合使用要求。

表1 353132X2-2RS軸承試驗方案

圖5 353132X2-2RS軸承第1個循環溫度、溫升曲線

圖6 353132X2-2RS軸承第2個循環溫度、溫升曲線

圖7 353132X2-2RS軸承第3個循環溫度、溫升曲線

圖8 353132X2-2RS軸承第4個循環溫度、溫升曲線

3.6 試后軸承檢查

對軸承進行外觀檢查和拆解檢查。對試驗下機的兩套353132X2-2RS軸承拆套檢查結果如下：

（1）兩套試后軸承外觀良好，未見密封圈處有漏脂現象；

（2）軸承內外圈、保持架、滾動體未出現斷裂、疲勞、磨損情況；

（3）滾道、滾動體接觸位置良好；

（4）保持架未出現斷裂、裂紋、變形及異常磨耗；

（5）潤滑脂未見明顯變色，手感無異物存在。

通過上述檢查證明，該軸承試驗符合TB/T 3017-2001標準的要求，具備在實際運行載荷及速度條件下的正確運轉能力。

3.7 試驗結論

試驗結果表明，353132X2-2RS軸承的1#軸承和2#軸承熱性能臺架試驗運行狀況良好，兩套試驗軸承最高溫升分別為28.46℃（1#軸承）和27.69℃（2#軸承），運轉過程無漏脂。試后軸承零件未出現剝離、異常磨損，保持架未出現斷裂、裂紋、變形及異常磨耗，潤滑脂未見明顯變色、手感無異物存在，符合TB/T 3017-2001標準的要求，該軸承具備在實際運用載荷及速度條件下的正確運轉能力。

3.8 耐久性能試驗[2]

鐵路貨車軸承耐久性能試驗依據標準TB/T 3017-2001《機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的耐久試驗方法》，持續運轉60×104km，溫升及試驗后檢查與熱性能試驗基本相同，略。

4 結束語

鐵路貨車軸承試驗在軸承研發階段起到了驗證設計的作用，在軸承制造過程中起到了保證質量的作用，因此提高試驗機試驗能力和完善試驗方法至關重要，利用載荷譜加載進行模擬試驗將是未來鐵路軸承試驗的發展方向。

[1] TB/T 3000-2000，機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的熱試驗方法[S].

[2] TB/T 3017-2001，機車車輛軸箱滾動軸承在軸箱試驗機上的耐久試驗方法[S]

（編輯：林小江）

Test technology of railway truck bearings

Yin Fugang, Wang Hongli
( National Engineering Technology Research Center for Large Bearings, Wafangdian Bearing Group Co., Ltd., Wafangdian116300,China )

The experimental technology of railway truck bearing was introduced and the principle of the railway truck bearing testing machine and the method of bearing test for the test machine were described. From the test scheme to the test result analysis, the test method of the large axle heavy railway truck bearing was described, and the laboratory verif i cation for high reliability and long life of heavy load railway truck was done.

railway truck bearing; testing technology; testing machine; radial loading; axial loading

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）02-0019-05

2016-07-13.

尹福剛（1981-），男，高級工程師.