一種新型動(dòng)車(chē)組軸承勻脂跑合機(jī)

周海泉，周文錦

(江西奈爾斯西蒙斯赫根賽特中機(jī)有限公司，南昌 330096)

輪對(duì)軸承是保障動(dòng)車(chē)組安全、平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，動(dòng)車(chē)組每個(gè)軸箱上均安裝有溫度傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)軸承的溫度變化，若溫度異常會(huì)報(bào)警[1]。現(xiàn)行動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)管理辦法規(guī)定：軸承發(fā)生暖軸報(bào)警后動(dòng)車(chē)組需立即停車(chē)檢查，在后續(xù)交路中限速200 km/h；軸承發(fā)生熱軸報(bào)警后需立即停車(chē)檢查，在后續(xù)交路中限速40 km/h，車(chē)輛回所后需拆卸輪對(duì)檢查軸承[2]。若出現(xiàn)誤報(bào)，會(huì)影響動(dòng)車(chē)組的正常調(diào)度，甚至可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組晚點(diǎn)等嚴(yán)重后果。對(duì)軸承異常溫升報(bào)警的故障分析發(fā)現(xiàn)，更換新軸承后初期運(yùn)行時(shí)軸溫偏高，易引發(fā)熱軸報(bào)警故障。這是由于新輪對(duì)軸承中潤(rùn)滑脂填充量往往大于實(shí)際需求量，運(yùn)轉(zhuǎn)初期多余的潤(rùn)滑脂會(huì)被逐漸甩離滾道，堆積在保持架上或 軸承護(hù)蓋空腔中[3]。這部分潤(rùn)滑脂運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生黏滯摩擦，導(dǎo)致軸承溫度迅速上升，該過(guò)程也被稱(chēng)為潤(rùn)滑脂跑合階段，故大部分新上線(xiàn)軸承的暖軸、熱軸報(bào)警并非軸承故障所致，為誤報(bào)。

為避免該情況出現(xiàn)，在高級(jí)修或臨修更換新軸承后會(huì)先用段內(nèi)勻脂跑合機(jī)對(duì)新軸承進(jìn)行勻脂跑合。動(dòng)車(chē)組軸箱軸承均采用機(jī)器注脂，空間有限,無(wú)法使?jié)櫥鶆蚍植迹枰芎陷^長(zhǎng)時(shí)間才能使?jié)櫥植季鶆騕4]。現(xiàn)有勻脂跑合機(jī)存在能耗高，安全性差，跑合轉(zhuǎn)速低等問(wèn)題，勻脂效果不理想，經(jīng)勻脂機(jī)跑合后還需上線(xiàn)空車(chē)往返行駛近300 km進(jìn)行線(xiàn)上勻脂跑合，即便高級(jí)修只更換一兩套軸承也需按此步驟進(jìn)行勻脂跑合。這不僅占用了線(xiàn)路及動(dòng)車(chē)組，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本上升，還不能保證投入使用時(shí)已完成軸承勻脂，仍可能在運(yùn)行初期出現(xiàn)軸溫異常報(bào)警現(xiàn)象[2]。針對(duì)上述問(wèn)題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種固定輪對(duì)、驅(qū)動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)的軸承勻脂跑合機(jī)。

1 勻脂跑合機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該勻脂跑合機(jī)采用龍門(mén)通過(guò)式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主要由橫梁、主軸箱、底座、輪對(duì)升降裝置、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。采用下沉的安裝方式，即輪對(duì)升降裝置處于升起位置時(shí)其上的軌道與車(chē)間軌道對(duì)接，輪對(duì)可直接推入機(jī)床，推入到位后輪對(duì)升降裝置由液壓油缸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)下降，使輪對(duì)的左右軸承外圓擱置于工藝軸箱軸瓦打開(kāi)狀態(tài)下的固定軸瓦內(nèi)。

1—底座；2—主軸箱；3—液壓系統(tǒng)；4—橫梁；5—加載裝置；6—溫度傳感器；7—操作臺(tái)；8—電氣控制系統(tǒng)；9—工藝軸箱；10—輪對(duì)升降裝置圖1 勻脂跑合機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of overall structure of grease homogenizer

表1 新型勻脂跑合機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of new grease homogenizer

1.1 加載裝置

為使軸承勻脂跑合符合實(shí)際運(yùn)行工況，考慮采用負(fù)載跑合。橫梁左右設(shè)計(jì)有2套輪對(duì)加載裝置，主要由液壓油缸和壓爪等組成，如圖2所示。

1—液壓油缸；2—橫梁；3—壓爪圖2 加載裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of loading device

液壓油缸向下運(yùn)動(dòng)使壓爪壓緊輪對(duì)踏面，實(shí)現(xiàn)勻脂跑合過(guò)程的加載及防止軸承外圈帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)，加載的壓力通過(guò)調(diào)整液壓壓力實(shí)現(xiàn)。為確保壓爪牢靠的壓緊輪對(duì)踏面，液壓油缸和壓爪均采用鉸接結(jié)構(gòu)。

1.2 主軸箱

為滿(mǎn)足1條輪對(duì)2套軸承同時(shí)跑合，該跑合機(jī)設(shè)計(jì)為左右2個(gè)主軸箱，主軸箱主要由主軸箱體、套筒、螺桿、手輪、主軸、聯(lián)軸器及變頻電動(dòng)機(jī)等組成，如圖3所示。

1—主軸；2—套筒；3—主軸箱體；4—螺桿；5—手輪；6—聯(lián)軸器；7—變頻電動(dòng)機(jī)圖3 主軸箱結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural diagram of headstock

可通過(guò)手輪、螺桿使套筒軸向移動(dòng)，以滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組輪對(duì)2 180～2 382 mm軸長(zhǎng)范圍內(nèi)軸承的裝夾要求。主軸轉(zhuǎn)速采用電動(dòng)機(jī)變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，以滿(mǎn)足不同的轉(zhuǎn)速要求。

1.3 工藝軸箱

為使輪對(duì)軸承快捷、安全定位，工藝軸箱采用鉸接開(kāi)合式軸瓦結(jié)構(gòu)。工藝軸箱通過(guò)螺釘及端面鍵安裝于主軸端部，其主要由固定軸瓦、銷(xiāo)軸、壓緊螺釘、橡膠條及活動(dòng)軸瓦等組成，如圖4所示。

1—固定軸瓦；2—銷(xiāo)軸；3—壓緊螺釘；4—橡膠條；5—活動(dòng)軸瓦圖4 工藝軸箱結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural diagram of process axle box

為防止高速跑合時(shí)軸承外圈與軸瓦產(chǎn)生相對(duì)滑移，對(duì)應(yīng)在軸承2個(gè)分離外圈位置安裝4個(gè)橡膠條以增大摩擦力。由于勻脂跑合的轉(zhuǎn)速較高，需對(duì)工藝軸箱進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，采用去重的方式進(jìn)行平衡，保證平衡量不小于20 g·m。

1.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

1)采用旋轉(zhuǎn)軸承外圈勻脂跑合，由于軸承外圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，整機(jī)耗能低，效率高，工作安全。

2)采用加載的方式進(jìn)行軸承勻脂跑合，使軸承跑合時(shí)符合實(shí)際運(yùn)行工況，軸承溫升準(zhǔn)確。

3)工藝軸箱采用鉸接開(kāi)合式軸瓦結(jié)構(gòu)，輪對(duì)軸承定位快捷、安全。

4)采用通過(guò)式龍門(mén)結(jié)構(gòu)及下沉的安裝方式，輪對(duì)升降裝置的軌道與車(chē)間軌道對(duì)接，輪對(duì)輸送便利。

2 勻脂試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

以CRH3型輪對(duì)上使用的SKF BC2-0375軸承為試驗(yàn)對(duì)象，取A,B,C,D,E,F,G,H共8套軸承，其中A,C,E,F為舊軸承,B,D,G,H為全新軸承，試驗(yàn)前8套軸承均處于新注脂且未經(jīng)勻脂的狀態(tài)。為更好顯示勻脂效果，將D,F軸承的半圓周滾子加注紅色潤(rùn)滑脂，另半圓周加注藍(lán)色潤(rùn)滑脂，其余6套軸承加注原色潤(rùn)滑脂。

新型勻脂跑合機(jī)采用軸承外圈旋轉(zhuǎn)方式勻脂跑合，外圈滾道帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)，而動(dòng)車(chē)、高鐵在線(xiàn)路上運(yùn)行則是軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)。要滿(mǎn)足軸承滾子勻脂跑合速度與線(xiàn)路運(yùn)行線(xiàn)速度一致，需對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行換算。 已知?jiǎng)榆?chē)組輪對(duì)踏面直徑為790～925 mm，軸承內(nèi)圈滾道直徑為158 mm，軸承外圈滾道直徑為210 mm，按動(dòng)車(chē)組運(yùn)行速度200 km/h及300 km/h可計(jì)算滾子線(xiàn)速度v1和v2范圍為

(1)

(2)

由(1),(2)式可得v1為569.37～666.67 m/min，v2為854.05～1 000 m/min。

由滾子線(xiàn)速度可得

569.37≤0.21πn1≤666.67，

(3)

854.05≤0.21πn2≤1 000，

(4)

式中：n1，n2為主軸轉(zhuǎn)速。

由(3)，(4)式可得n1為863.03～1 010.51 r/min，n2為1 294.54～1 515.76 r/min。

取n2轉(zhuǎn)速范圍的中間值1 405 r/min為試驗(yàn)跑合轉(zhuǎn)速，開(kāi)始時(shí)先提速至1 405 r/min進(jìn)行跑合，若試驗(yàn)過(guò)程中溫度超過(guò)110 ℃則采用降速跑合，等待溫度降至90 ℃再升速至1 405 r/min，重復(fù)此過(guò)程直至軸承跑合溫度穩(wěn)定。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)后潤(rùn)滑脂狀態(tài)分別如圖5、圖6所示，跑合后潤(rùn)滑脂均勻分布于軸承內(nèi)。

圖5 勻脂跑合前后原色潤(rùn)滑脂狀態(tài)Fig.5 Primary color grease state before and after grease homogenization running-in

圖6 勻脂跑合前后染色潤(rùn)滑脂狀態(tài)Fig.6 Dyeing grease state before and after grease homogenization running-in

軸承初次跑合的溫度變化曲線(xiàn)如圖7所示，軸承溫度呈先升高后降低的趨勢(shì)，且溫度變化曲線(xiàn)的斜率先增大后減小，在40 min左右溫度達(dá)到最高，隨后軸承溫度逐漸下降，約2 h左右溫度趨于平穩(wěn)，證明軸承已處于勻脂狀態(tài)[5]。

圖7 初次跑合時(shí)軸承溫度變化曲線(xiàn)Fig.7 Bearing temperature variation curves during first running-in

為進(jìn)一步檢驗(yàn)勻脂效果，待經(jīng)跑合軸承的溫度恢復(fù)至室溫后(靜置24 h以上)，再將其安裝在勻脂跑合機(jī)上，與初次跑合同樣的加載條件下，跑合轉(zhuǎn)速1 405 r/min(與動(dòng)車(chē)組線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)速度相當(dāng))，記錄軸承再跑合的溫度變化曲線(xiàn)(圖8)，溫度從室溫逐漸上升，至一定溫度后趨于穩(wěn)定。

圖8 再跑合時(shí)軸承溫度變化曲線(xiàn)Fig.8 Bearing temperature variation curves during rerunning-in

經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，軸承初次跑合溫升曲線(xiàn)在軸承新舊情況不一、加注潤(rùn)滑脂不同或加載力不一致等各種因素影響情況下均保持近似曲線(xiàn)變化特征；再跑合溫升曲線(xiàn)也是如此，均在上升至某一溫度后保持平穩(wěn)：2次跑合溫升曲線(xiàn)證明設(shè)計(jì)的勻脂跑合機(jī)能使軸承達(dá)到預(yù)期勻脂效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

新型動(dòng)車(chē)組軸承勻脂跑合機(jī)采用輪對(duì)固定、驅(qū)動(dòng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)的勻脂方式。該勻脂跑合機(jī)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，驅(qū)動(dòng)功率小，跑合轉(zhuǎn)速達(dá)到軸承實(shí)際轉(zhuǎn)速，節(jié)能降本等優(yōu)點(diǎn)，可降低動(dòng)車(chē)組在高級(jí)修或臨修更換新軸箱軸承上線(xiàn)時(shí)因勻脂不充分導(dǎo)致的暖軸、熱軸誤報(bào)警率，節(jié)約了動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)成本。