HXD3 系列電力機車軸箱軸承檢修及運用數據分析

尹光哲

（中國中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021）

1 結構介紹

和諧3 系列電力機車軸箱軸承均為具有密封結構的圓柱滾子軸承，按廠家分為FAG 軸承和SKF 軸承兩種，按其安裝位置分為兩種型號：端軸軸箱軸承和中間軸軸箱軸承，端軸軸箱軸承橫動量為0.3 ～0.6mm，中間軸軸箱軸承橫動量有20mm 或30mm 兩種，其作用是機車通過曲線時，為中間軸提供一定的橫向位移量，保證3 軸轉向架的曲線通過能力。軸箱軸承結構如圖1 所示。

圖1 軸箱軸承結構示意圖

2 軸箱軸承檢修工藝

檢修軸承可靠性是指檢修軸承裝車使用后在其使用期內的可用性、故障率等指標。檢修軸承可靠性的高低，取決于檢修工藝是否正確以及執行是否符合規定，在各項工作符合要求的前提下，檢修軸承的可靠性與新品軸承相當。

HXD3 系列軸箱軸承在檢修工藝開發階段，參照TJ/JW 034-2014《交流傳動機車轉向架滾動軸承暫行技術條件》及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》等行業標準，分別在結構尺寸、材料、疲勞檢測等方面進行全面研究，制定了詳細的工藝方法和檢修標準：檢修軸承的接口尺寸完全與新品軸承一致；檢修軸承內、外圈及滾子的材料、金相等檢驗與新品軸承一致；檢修軸承通過臺架熱性能試驗；經裝車運用考核，溫升和振動檢測參數與新品軸承相當。

軸箱軸承檢修工藝簡要過程為：拆除密封罩→脫脂、清洗→外圈外表面打磨除銹→拆卸軸承內圈、平擋圈→外圈滾子組分解→二次清洗→一次磁粉探傷→退磁、三次清洗→軸承零件外觀檢查、尺寸檢測、組裝→二次退磁→殘磁檢測、四次清洗→注脂、勻脂→刻印間隙標識→包裝。

3 軸承計算與檢修情況對比分析

3.1 軸箱軸承計算

以25t 軸重貨運機車為模型，依據GB/T 6391-2010《滾動軸承額定動載荷和額定壽命》對軸箱軸承的壽命進行計算。

已知參數詳見表1。

根據以上參數及GB/T 6391-2010《滾動軸承 額定動載荷和額定壽命》相關技術公司，可計算出：

徑向額定動載荷Cr=1080kN

當量動負荷Pr=144.06kN

表1 軸承壽命計算參數

3.2 檢修軸承報廢情況

以2016 至2018 年檢修的軸箱軸承作為樣本進行統計，3 年共計檢修軸承18807 套，檢修合格數量15011 套，報廢數量3796 套，檢修報廢率20.18%。軸箱軸承檢修由兩家具有專業檢修能力的公司完成，檢修報廢率有所不同，兩個廠家用A、B 公司代表，對軸承檢修數據分別統計說明如下：

A 公司檢修軸承數量統計詳見表2，軸承報廢原因及比例詳見圖2。

從圖2 中可以看出，外圈擋邊擦傷、內圈滾道麻點、外圈滾道麻點等3 種原因導致軸承報廢的主要原因，比例占48%。另外，外圈滾道銹蝕、內圈滾道銹蝕等2 種原因導致軸承報廢的比例為10%。

圖2 A 公司檢修的軸箱軸承報廢原因分析

B 公司檢修軸承數量統計詳見表3，軸承報廢原因及比例詳見圖3。

圖3 B 公司檢修的軸箱軸承報廢原因分析

從圖3 中可以看出，外圈擋邊擦傷、外圈滾道面碎屑壓痕、內圈滾道面剝離、內圈滾道面疲勞、內圈滾道面碎屑壓痕等致使原因導致軸承報廢的比例占58%。另外，經過二次2 年檢的機車軸箱軸承報廢率達到了12%，需額外進行分析研究。

從上述不同軸承檢修企業檢修的不同型號軸承的數據分析，可以得出兩個結論：一是中間軸軸承的檢修報廢率高于端軸軸承；二是軸承滾道剝離、擋邊擦傷、滾道麻點等是軸承軸承報廢的主要原因，占比達到50%左右。

4 軸承運用故障情況統計

4.1 故障數量及比例

以HXD3、HXD3C 型機車為例，對檢修軸承的故障情況進行統計分析，在機車運行過程中，如軸箱軸承出現故障情況，車載走行部軸承監測系統發出報警信息，驅動裝置返廠拆解檢測，查找原因，截至目前，A、B 兩家公司檢修的軸箱軸承出現報警的數量為39 起，其中A 公司為34 起，B 公司為5 起。2016-2018 年期間，A 公司檢修的軸箱軸承裝車數量為9420套，B 公司檢修的軸箱軸承裝車數量為5591 套，可計算出，檢修軸承運用故障率為39/15011=0.26%，A 公司檢修軸箱軸承裝車后的故障發生率為0.361%，B 公司檢修軸箱軸承裝車后的故障發生率為0.089%。如圖4 所示。

4.2 故障時走行公里數

同樣以A、B 公司檢修的HXD3/HXD3C 機車軸箱軸承進行統計，2016 ～2018 年軸箱軸承故障數量為39 起，其中，走行公里數＜90 萬km 的2 起，占故障總數的5%，占軸承總量的0.01%；走行公里數在90 ～120 萬km 之間的5 起，占故障總數13%，占軸承總量的0.03%；走行公里數在120 ～150萬km 的24 起，占故障總數24.62%，占軸承總數的0.17%；走行公里數在150 ～180 萬km 的8 起，占故障總數20%，占軸承總數的0.03%。

表2 2016 ～2018 年A 公司軸箱軸承檢修統計表（單位：套）

表3 2016 ～2018 年B 公司軸箱軸承檢修統計表（單位：套）

圖4 2016 ～2018 年 A、B 公司檢修軸承梳理及故障統計

圖5 2016 ～2018 年 HXD3/HXD3C 軸箱軸承故障驅動裝置走行公里數統計圖

4.3 軸承運用故障率

根據GB/T 6391-2010《滾動軸承 額定動載荷和額定壽命》對軸承可靠度壽命進行修正，修正后的公里數詳見表4。

表4 軸承可靠度壽命修正計算值

檢修軸承實際運用的可靠度與理論計算可靠度進行對比：走行公里數在90 ～120 萬km（平均檢修后走行公里數約20 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.03%，檢修軸承可靠度為99.97%，高于可靠度壽命計算值99.9%對應的公里數28.9 萬km；走行公里數在120 ～150 萬km（平均檢修后走行公里數約40 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.17%，檢修軸承可靠度為99.83%，高于可靠度壽命計算值99.6%對應的公里數49.7 萬km；走行公里數在150 ～180 萬km（平均檢修后走行公里數約70 萬km）的故障軸承占軸承總量的比例為0.03%，檢修軸承可靠度為99.97%，高于可靠度壽命計算值99%,對應的公里數77.7 萬km。

5 結語

通過對軸承檢修數量及故障情況的數據進行統計分析，可得出以下結論。

（1）檢修軸承的運用可靠度高于理論計算值，說明HXD3 系列機車軸箱軸承檢修工藝可行，檢修質量可靠。

（2）A 公司的軸承檢修報廢率為17.4%，B 公司的軸承檢修報廢率為24.54%。

（3）A 公司檢修軸承的故障率為0.361%，B 公司檢修軸承的故障率為0.089%。

（4）B 公司的故障發生率為A 公司的故障發生率的1/4，由此可見，軸承故障率與軸承檢修報廢率存在一定關聯關系，檢修報廢率越高，軸承在運用階段的故障率就會相對低些。

結合目前軸箱軸承的檢修工藝及故障情況，為進一步提升檢修軸承的運用可靠性，減少故障率，對和諧3 系列電力機車軸箱軸承的檢修工藝，進一步完善，可采取以下措施。

（1）將和諧3 系列電力機車軸箱軸承的檢修報廢率控制在30%～35%之間。

（2）在現行“檢修軸承時，內、外圈要成套使用，不允許互換修”的基礎上增加為“檢修軸承時，內、外圈、滾子及保持架要成套使用，不允許互換修”。

（3）增加滾子順位的要求“檢修軸承時，要確保滾子序列不發生變化，并保證滾子與保持架的位置與原新造軸承時的位置一致”。

（4）在現行“對軸承內、外圈及滾子磁粉探傷”的基礎上，增加為“對軸承內、外圈及滾子進行磁粉和超聲波探傷檢測。”