货车轴承

货车轴承（精选5篇）

货车轴承 篇1

352226X2-2RZ型轴承是1999年由四方研究所研制使用于提速货车轮对的一种新型轴承。主要由轴承外圈、内圈、滚子、保持架和密封装置构成。密封装置是由密封罩、内油封、外油封、密封座组成。其中密封罩大端及牙口圆周面嵌入轴承外圈内, 小端压入外油封, 内油封与密封座紧密配合。轴承组装后, 内外油封之间不接触, 但它们之间的凹凸相互配合形成迷宫, 主要作用是密封轴承润滑油, 防止灰尘进入。密封装置一旦失效后, 会使轴承升温, 发生烧轴或切轴的重大行车事故。据统计, 2009年至2010年经红外线预报并确认及列检发现的货车轴承故障, 因密封罩脱出和其它原因造成的故障占比为25%左右[1]。密封罩脱出原因虽然有多种情况, 但其中制造和检修质量不高是造成密封罩脱出的主要原因之一[2]。因此, 提高密封罩生产和检修质量, 对确保铁路运输安全具有重要意义。

我公司是铁道部定点生产352226X2-2RZ型轴承用密封罩资质的厂家之一。密封罩材质为2.5 mm厚深冲压用低碳冷轧薄钢板, 产品质量要求高, 工艺复杂, 需要冷冲拉伸成形、精车、表面磷化处理等多道生产工序, 对模具质量和加工工艺要求高, 稍有不慎, 就会造成批量产品报废现象。如何不断改进生产中原工装模具、工艺生产中存在的缺陷, 制定更加合理的工艺规程, 解决生产加工中产品质量问题, 提高产品质量稳定和生产效率, 满足轴承制造、检修需求, 是我们生产企业不断追求努力的方向。

1 密封罩结构简图

(图1)

2 如何解决密封罩小端内径尺寸符合技术要求

密封罩小端内径在距小端面3.5 mm处测量时, 尺寸公差为, 内径圆柱度为VD3p0.15 mm, 斜度为1∶70～100。其形位尺寸要求经冷冲压成形、整形等工序直接获得, 不需要再进行精加工。因此, 密封罩小端质量主要取决于生产模具质量精度和生产工艺。由于钢板在冷冲压成形过程中, 虽然主要发生的是塑性变形, 但产品始终具有弹性变形, 在切底后释放, 在同一压力参数下, 经同一模具生产的产品, 每一个产品的尺寸都不相同, 特别是小端椭圆度经常超标, 仅此一项, 在我们早期的生产中约有20%～30%椭圆度超标现象, 严重制约了产品的成品率和生产效率。

为解决发生的问题, 我们从原材料开始, 对每道冲压工艺参数进行试验性分析发现影响密封罩小端尺寸的因素主要有:原材料厚度不均、落料初形高度、冲压成形高度, 以及整形的压力和保压时间, 都影响产品质量。因此, 原材料我们选用厚度为2.5±0.05 mm的一级钢板, 严格规定了每道冲压工序的工艺参数。在工序上, 由原来的先切底后整形工序, 改为成形后直接带底整形, 这样做的好处是, 整形时小端底部有钢板联接, 产品经过100 t以上的压力保压整形后, 增强了小端塑性变形, 减少因切底后再整形, 密封罩形成一个两级台阶的圆桶形, 产生弹性变形大的现象, 使大、小端几何尺寸与模具尺寸更加稳合。通过对模具和工序改进, 产品一次合格率提高到90%以上。

对发生小端几何尺寸过大、过小或椭圆度超标问题怎样解决?在生产中, 我们设计了一种轴承滚刀, 就是在车刀柄上装上一个204或205轴承, 把工件大端夹在普通车床上, 轴承滚刀代替车刀, 调整好轴承外圈与小端接触面, 当小端内径尺寸过大时对小端内径施加外挤压力, 利用工件和轴承滚刀相对转对, 全周均匀施力, 此时一定要缓慢进刀, 防止工件变形过大和脱落, 密封罩小端内径在外力下向内收缩, 直至达到技术要求。反之, 若密封罩小端内径过小, 对其由内向外施力, 同样可以调整过来。在调整的过程中发现, 这种方法同样可调整密封罩内径椭圆度, 在车床精度好的情况下, 对尺寸平均值合格, 椭圆度超标的工件, 在施加一定外力的情况下, 工件经过轴承滚刀的滚压, 密封罩小端椭圆度得到很大提高。

示例如图2。

3 如何解决大端高度、小端高度和总高符合技术要求

由密封罩图可知, 密封罩总高与大端高度、小端高度和中间自由高度形成一个闭合尺寸链。为保证在精加工过程中各部尺寸都能得到有效控制, 及时发现问题, 我们把生产工序分解为精车小端高度并倒角、精车大端高度并倒角, 在各部高度尺寸合格的情况下, 最后再精车大端外径及牙口三道工序。因为小端高度公差带相对其它高度公差小, 并且在生产过程中不易逐个检测, 所以要先加工小端高度。加工小端时, 车床卡盘要撑住密封罩大端, 一是要加工小端高度尺寸, 二是要加工小端内倒角3×15°。因为密封罩为薄壁件且为圆筒形状, 若用原有车床三爪卡盘装夹, 因接触面积小, 工件易变形, 平面度难找正。我们对车床三爪进行改进, 把原三爪改为110°弧形卡爪, 三块组合成一个圆形卡盘, 工件轻轻一放一紧, 就会自动定位准确;其次, 在导轨上设置限位调整装置, 方便限定车床纵向尺寸加工;再次, 对车刀进行改进, 设计了双头车刀, 就是在一个刀杆上设计了两个刀头, 或焊制两个刀头, 根据加工工艺需求, 使用不同切削方向刀头, 在不用转动刀架的情况下, 实现车平面和倒角同步进行, 消除了因车刀的换向所产生的尺寸误差。开工前只要调整好大拖板和刀具的位置, 再用样板调整好倒角刀头的角度, 加工出的密封罩小端高度和倒角基本没有变化。同理, 加工大端高度和外倒角时, 只是将三爪卡盘改为固定圆孔形卡盘, 尾座顶针改为圆盘, 采用尾座定位, 就可实现大端高度和外倒角的控制。改进如图3, 图4, 图5所示。

在测量上, 因为密封罩总高与大端高度、小端高度和中间自由高度形成一个闭合尺寸链。受中间自由高度的影响, 有时两端高度在公差范围内, 总高并不一定符合要求, 两个高度公差要配合使用。所以测量时, 最好要一次能测量两个数据。高度测量仪只能测量一个方向高度, 因此, 我们对高度测量仪进行改进, 在测量仪旁边增加一个百分表, 做到总高和大端高度同时测量, 并且在连续转动的情况下, 可以测量出大小端面跳动的变化。因在生产中是百分百检测, 所以一旦某个尺寸发生变化, 立即就反映出问题出在那道工序上, 非常便于指导生产。

4 如何解决大端外径尺寸和牙口符合技术要求

密封罩大端外径及牙口是唯一需要精加工的圆柱面, 按理在数控车床上是很容易实现。但是, 加工密封罩大端外径不仅有尺寸要求, 而且有同心度、圆柱度和圆跳动量的要求, 装夹基准的选择显得由为重要。开始我们采用与加工小端高度同样的110°弧形卡爪, 向外撑住大端内圆加工, 不仅尺寸精度无法保证, 而且外径椭圆度、圆跳动超标现象严重。分析其原因, 密封罩经冲压成形、整形后, 大端外圆始终存在椭圆现象, 只是程度大小不同, 若用弧形卡爪向外撑大端内圆, 大端外径在圆形卡爪向外撑力的作用下, 发生弹性变形, 在车床上得到一个近视正圆, 加工后, 外力消除, 大端外径又恢复到没加工前的椭圆度, 椭圆度没有因经过加工得到改善。经过多次试验, 仍然用110°弧形卡爪, 以小端内径为导向, 由内向外撑住密封罩中间内圆加工, 彻底消除因装夹造成的工件变形因素, 大端外径尺寸、牙口及椭圆度就得到有力保证。

改进后生产工艺流程:剪条料—落实初形—成形—整形—切底—精车大端并倒角—精车小端并倒角—精车大端外径及牙口—磷化

5 效果

(1) 通过对352226X2-2RZ型轴承密封罩生产工艺、工装设备、检测手段不断完善和改进, 产品生产效率提高约10倍, 成品率保持在98%以上, 使密封罩的各部尺寸精度得到了有效的控制, 促进经济效益提高。

(2) 良好的密封罩制造质量, 为提高货车滚动轴承的制造和检修质量, 减少外油封松动, 降低脱落故障, 提供有力保证。

(3) 随着重载提速货车353130B新型轴承的推广应用, 352226X2-2RZ型轴承密封罩成功的生产经验, 为我们开发生产新型一体化353130B密封罩钢骨架提供技术支持。

参考文献

[1]孙传印.货车滚动轴承密封罩脱落原因分析及建议[J].铁道车辆, 2011 (11) :40-4 2.

[2]窦笑梅, 张昆.货车滚动轴承新结构密封装置外油封松动问题的探讨[J].铁道车辆, 2004 (8) :44.

货车轴承 篇2

原因分析:

(1) 轴承密封罩松动增多的原因。

密封罩在一般检修时未及时更换新品;密封罩经整形后未复原或者一般检修及大修时外圈牙口与密封罩过盈配合过小造成松动;提速后密封罩中的密封圈与密封座摩擦加剧, 从而带动密封罩一块转动, 使得密封罩松动;按照规定列检只对密封罩脱出的故障进行处理, 而对密封罩松动故障不进行处理, 导致已松动的密封罩松动加剧。

(2) 保持架破碎增多的原因。

(a) 保持架本身设计强度偏低。

(b) 加工制造水平不高, 保持架存在制造缺陷:据西南交通大学有关专家的研究, 197726型轴承保持架不但存在着冲压裂纹, 还存在着较强的应力集中, 与日本、德国、俄罗斯等国的同类产品比较, 在表面粗糙度、缩孔、圆角、等分差等外观质量上也有明显的差距。

(c) 选用材料存在缺陷:197726型轴承保持架系采用10#08A1 (特) 或L12A1冷轧钢板冲压而成。SKF公司曾对采用不同材质保持架的轴承进行断油运转试验, 结果表明:钢保持架轴承只能维持2h, 铜保持架轴承能维持6h, 而塑钢保持架轴承能运转20h。运输部车辆段2000年共发现70起保持架破碎故障, 其中69件为钢保持架, 占钢保持架总数的32%, 只有1件为塑钢保持架, 占塑钢保持架总数的6.25%, 说明钢保持架强度不够, 已不能适应铁路提速重载的需要了。

(d) 轮对踏面质量对保持架受力状况有较大影响:据调查, 在运输部车辆段发现的保持架破碎故障中有94.5%存在着轮对擦伤或剥离, 其中64.7%的轮对擦伤或剥离过限, 随着列车速度的提高这一问题更加突出。另据有关资料介绍, 轴承所受冲击力与车轮擦伤深度、车辆运行速度成正比, 与车轮直径成反比。当列车在平直轨道上以80km/h的速度匀速前进时, 车轮踏面擦伤深度每增加0.1mm, 则轴承所受冲击力就增加1300~1400N, 当擦伤深度达到1mm时, 冲击力将高达15000~16000N。由此可见, 踏面故障对轴承保持架的危害是非常大的, 随着列车速度的提高其危害性还将增大, 因为速度越高冲击力越大, 冲击频率也越高, 对轴承的危害就越大。

(e) 密封罩大量松动:近几年发现的176件保持架破碎故障密封罩全部松动, 并有大量的油脂甩出。2002年1月22~24日在调查的2个列检所的350列15469辆车中, 共发现205列315辆存在密封罩松动故障, 密封罩松动后, 导致密封性能降低, 油脂不断甩出, 轴承内部润滑效果降低, 保持架承受压力不断增大, 造成保持架破碎。

改进措施及建议:

(1) 密封罩。建议采用迷宫式密封罩。这样可以缓解密封座与密封圈的摩擦, 减少密封罩松动故障。运输部车辆段现有368个迷宫式密封罩, 只有2个松动, 相比之下要好得多, 故可作为改进措施;此外, 一般检修及大修时应严格控制外圈与密封罩的过盈配合量, 防止过盈量太小。

(2) 轴承保持架。

(a) 建议设计部门完善保持架的结构设计, 提高保持架整体强度。

(b) 保持架成品存在着较多的冲压裂纹及应力集中等制造缺陷。因此制造厂家应提高水平, 严格各工艺环节的质量管理、监督和控制, 消除产品的制造缺陷, 使保持架质量不断提高。

(c) 建议在新造轴承上采用塑钢保持架代替目前使用的钢保持架, 同时积极开发新材料, 以适应将来提速重载的要求。

(d) 加强各级修程对轮对的检修, 保证轮对特别是车轮踏面质量, 避免踏面缺陷对轴承的冲击和损坏。

货车轴承 篇3

国家环境保护部门对废弃塑料制品回收再利用给予充分肯定, 并呼吁“循环经济”, 鼓励走可持续发展之路。再生资源回收利用是我国经济、社会可持续发展的战略选择。目前, 世界各国都把数量巨大的多种废弃物经过回收利用, 变废为宝, 使其得以减量化、无害化和资源化。近20多年来, 塑料废弃物回收利用的研究进展表明, 塑料废弃物的处理是提高资源利用效率、保护环境、建立资源节约型社会的重要途径之一。如果能够对这些报废的铁路货车工程塑料保持架实现有效地回收和充分的再生利用, 不仅可以节省大量的石油资源和能源, 更是一个有很大好处和利益的市场[2]。

同样的, 轴承大修报废下来的工程塑料保持架经过筛选、清洗、破碎后即可作为原材料再次使用, 来制作适合的新产品。当前首先要解决的问题是检测破碎后材料的性能, 确定其性能指标。笔者对报废下来的回收工程塑料保持架清洗后的回收料进行了红外谱图分析、DSC、TG分析、对其中的增强玻纤长度进行了显微成像研究, 并将碎料重新注塑样条进行拉伸、弯曲、冲击性能检测试验, 将检测结果与未加工的原材料性能进行对比, 为制定其性能指标提供了大量的试验数据, 为可能使用该材料的新产品提供相应理论依据。

1 实验部分

1.1 主要样品

工程塑料保持架原材料:25%玻纤增强的尼龙66 (下文简称“保持架原材料”) , 美国杜邦公司。

轴承大修报废下来的工程塑料保持架清洗后的回收料 (下文简称“回收料”) 。

1.2 主要设备、仪器

偏光显微镜:LV100POL型, 日本NICON公司;

热失重分析仪:Q500型, 美国TA仪器公司;

差示扫描量热仪:Q200型, 美国TA仪器公司;

红外光谱仪:Nicolet380型, 美国Nicolet公司;

毛细管流变仪:GOETTFERT MI-3, 德国高特福公司;

万能试验机:INSTRON 5567型, 英国INSTRON公司;

冲击试验机:6957.000, 意大利CEAST公司;

马弗炉:DC-B-1, 北京独创科技有限公司。

1.3 性能测试及表征方法

偏光显微镜观察玻纤长度, 分别取保持架原材料和回收料在马弗炉中升温到600℃进行燃烧2h后, 取出放在干燥器中冷却1h, 将剩余的玻璃纤维在显微镜下观察, 比较两种材料的玻纤长度。

热失重分析 (TGA) , 分别对两种样本进行表征, 样品质量为9.0~11.0mg, 气氛氮气流量60ml/min, 以10℃/min速度升温, 从室温升至580℃, 检测两种样本的开始分解温度, 然后转用氧气气氛流量为60ml/min, 继续升温至680℃, 检测两种材料的各组分的含量。

差示扫描量热分析 (DSC) , 分别取两种样本质量为5.0~6.0mg, 放入铝制坩埚内, 纯铟校正, 空坩埚作参比, 氮气流量50ml/min, 以10℃/min速度升温, 从室温升至300℃, 记录一次升温熔融曲线。按照GB/T19466.3中的分析方法分析其熔融温度。

运用原位全反射傅里叶红外光谱 (ATRFTIR) 技术对两种样本进行红外光谱分析。

熔体粘度分析, 将两种样本进行干燥处理4~6h, 温度285℃预熔4min后, 用10/1的毛细管对处理后的两种料进行粘度检测。设定剪切速率分别为:2、4、8、16、32、64、128、256、512和1024mm/s, 得到每个速率的表观剪切粘度并比较。

力学性能检测, 检测两种样本的拉伸性能、弯曲性能和抗冲击性能, 分析回收料比原材料性能下降比。

2 结果与讨论

2.1 纤维长度显微图片

图1~2分别为保持架原材料和回收料在马弗炉600℃高温燃烧后剩余的玻璃纤维观察的显微镜照片, 由图可见保持架原材料玻纤长度 (97~792.77μm) 明显大于回收料玻纤长度 (93~446.25μm) 。主要是因为添加玻纤的原材料, 经过了一次加工 (注塑产品) 后, 料杆对熔料的搅动会使玻璃纤维变碎变短。而玻璃纤维在材料中主要起到加强力学性能的作用, 因此推断回收料的力学性能与原材料相比会有所下降, 下面的数据也证实了这一点。

2.2 TGA热失重分析

常温条件下, 尼龙66比较稳定。图3中可以看出, 300℃之前, 保持架原材料和回收料失重率非常小, 认为失重主要是因为有机溶剂的挥发及失水所致[2]。400℃以上, 两种样本的失重率迅速增加, 是由于聚合物热分解所致。材料的热稳定性能还是很强的。

图3中分析可知, 回收料的开始分解温度 (403.43℃) 低于保持架原材料的分解温度 (414.20℃) , 主要是因为聚合物材料经过一次加工后, 分子链会发生断裂, 热稳定性下降所致。各组分的含量见表1, 可以看出原材料和回收料各组分没有很大变化。

2.3 DSC分析

聚合物在温度升高时会发生熔融。图4为两个样本的DSC曲线, 从图4中可以看出, 保持架原材料和回收料的开始熔融的温度和峰值基本一致, 表明材料熔点基本没有变化。因此回收料加工时的工艺参数可以参考保持架原材料加工工艺参数。

2.4 红外光谱分析

图5为保持架原材料和回收料的红外光谱图, 图5中可以看出两个样本的图型基本完全一致。从检测的基本型谱可以看出, 两种材料的主要组分均为尼龙类, PA的红外标准谱图[3]特征查询, 特征区和指纹区的任何吸收峰也没有超过5cm-1的偏差, 可见回收料与保持架原材料相比没有影响其基本结构的组分混合进去。因为保持架在轴承中仅与内外环和滚珠以及润滑油接触, 材料本身并没有发生化学变化。

2.5 剪切粘度分析

图6为保持架原材料和回收料经过毛细管流变检测得到的剪切粘度, 可以看出在285℃的熔融温度, 剪切速率为2、4、8mm/s慢速区间时两种材料的剪切粘度稍有偏差, 剪切速率大于16mm/s后两种材料的剪切粘度就基本一致了, 这一特点也可以证明回收料加工时的工艺参数可以参考保持架原材料的工艺参数。

2.6 力学性能分析

保持架原材料和回收料的力学性能分析见表2。干态和50%湿度处理后的回收料的拉伸强度、断裂伸长率, 弯曲强度和缺口冲击强度与原材料相比都有所下降, 拉伸强度下降13~14%, 断裂伸长率下降并不明显, 弯曲强度下降11~12%, 缺口冲击强度下降19~20%。主要是原材料经过一次加工 (制造产品) 后, 聚合物分子链会有断裂, 而且材料中有玻璃纤维增强, 经加工后也会有破碎和断裂情况, 使玻纤长度变短, 图1和图2的显微图片也可以明显看出这一点。因此回收料的力学性能必然有所下降。在试制新产品选材时一定要注意这一点, 不能简单的参考保持架原材料的力学性能指标。

3 结论

经过对轴承大修拆卸报废下来的工程塑料保持架, 由于工况比较单一, 运行过程中仅与油脂接触, 回收后经过简单的清洗即可利用。国内铁路货车自2003年大批量装用工程塑料保持架以来, 年均安装100多万件, 按照8年质量周期计算, 2011年开始已经有大批量报废下来的保持架产品, 单件重量200g计算, 每年产生的废旧保持架重量达到200t以上。经过以上的研究, 报废下来的工程塑料保持架回收料与原材料相比在材料基本组成、结构、熔点以及熔体粘度方面相比均没有变化, 可见该玻纤增强的尼龙材料使用后内部结构相对比较稳定。只是由于玻纤和高分子材料经过一次加工产生的玻纤碎断和分子链断链的现象, 导致了力学性能下降。完全可以用于本身要求力学性能不高的产品。本文中笔者仅对工程塑料保持架回收料的基本性能进行了初步的分析和研究, 望能为以后使用该材料制造新产品时提供相应的参考依据。

摘要：利用现代分析设备和技术, 对铁路货车轴承大修报废的工程塑料保持架的回收料进行性能分析。用显微镜观察材料内部的增强玻纤的长度;利用红外光谱表征回收料的结构;应用DSC差式扫描量热分析和TGA热失重分析回收料的热性能;运用拉伸、弯曲和冲击实验研究回收料的力学性能, 并将结果与原材料进行对比, 为以后用其制造新产品提供参考依据。

关键词：工程塑料保持架,回收料,力学性能,热性能

参考文献

[1]中华人名共和国铁道部主编.铁路货车轮轴组装检修及管理规则.中国铁道出版社, 2007.

[2]马占峰.废旧塑料回收利用的必要性和可行性.塑料工业, 2006, 4.

货车轴承 篇4

1 货车常用的轴承、构造及工作原理

1.1 无轴箱滚动轴承的构造

无轴箱滚动轴承的主件有7部分组成:1.密封罩, 2.外圈, 3.滚子, 4.塑钢保持架, 5.中隔圈, 6.内圈, 7.密封罩组件。附件有后挡、前盖、标志板、螺栓、施封锁、防松片, 如图1所示。

1.2 无轴箱滚动轴承的工作原理

滚动轴承一般结构是由内圈、外圈、滚动体、保持架、中隔圈等组成。滚动轴承是借助于在内、外圈之间的滚动体滚动实现传力和滚动的。内圈紧密配合于轴颈上, 当车轮转动时, 内圈随轴颈回转, 并引导滚动体一面绕其轴心自转, 一面沿内外圈滚道公转。轴承有径向间隙和轴向间隙, 以保证滚动体能自由转动, 滚动体与内、外圈之间的相对运动完全是滚动, 而不是滑动。保持架用以维持各滚动体之间的位置, 防止倾斜和相互碰撞, 保证滚动体能沿滚道均匀分布。

1.3 轴承检修管理机制

货车轴承及轮对与车辆同步进行定期检修, 并实行寿命管理、状态修、换件修和专业化集中修的检修管理机制。轴承的压装分为新压装和重新压装, 轴承的压装必须在车辆厂和车轮厂、车辆段进行。轴承的检修分一般检修和大修。大修必须在轴承制造 (大修) 厂内进行, 轴承的一般检修必须经轴承制造 (大修) 厂认可、铁道部批准的单位进行, 段修时车辆段只对轴承进行状态检修。

2 轴承在运用中发热的原因

轴承在运用中造成发热有以下几个方面的原因。

2.1 油脂过多

若油脂填加过多, 不仅无利, 反而使轴承内部发生过多的摩擦和搅拌热, 使轴承发热。

2.2 油脂缺少或变质

由于油脂缺少或变质, 轴承润滑状态不良, 也会使轴承发热。

2.3 轴承轴向游隙过小

轴承轴向游隙过小, 将增加摩擦, 使轴承发热, 甚至导致滚子卡死引起事故。若游隙过大, 则会使轴承局部负荷加大, 缩短其使用寿命。

2.4 轴承内混有异物

当轴承清洗不干净, 油内混有杂质, 密封不良而导致水、沙进入等, 均可导致轴承发热。

2.5 轴承内部损坏

当轴承内外滚道破裂、剥离、轴承内外圈、滚子或保持架裂纹或破碎时, 轴承将发热。主要原因:1) 是材质或热处理不良。轴承内、外圈滚道面或滚子滚动面上由于麻点、辗皮等缺陷继续发展而形成鳞片状及至不规则的更大面积的金属剥落现象 (它是材质严重疲劳破坏的结果) ;2) 是轴承在组装拆卸、清洗搬运或运用中不慎而受到不正当冲击力;3) 是内圈与轴, 外圈与承载鞍配合不良;4) 是局部外伤、锈蚀、偏载或过载;5) 是材质正常疲劳破坏。

2.6 转向架状态不良

当转向架组装不正位或变形时, 也会造成轴承别劲而发热。

2.7 车辆中的车轮擦伤、剥离故障

1) 车轮踏面擦伤、剥离后, 轮对圆弧面上出现较大局部平面, 使车轮不能圆滑滚动, 增加冲击振动。若轮径840mm, 擦伤深为2mm, 其弦长82mm, 即有82mm长的平面参与滚动。若擦伤超过2mm时, 其弦长就会更长, 增加车辆的冲击振动。运用中, 车轮擦伤深度要求滚动轴承小于或等于1mm, 车轮剥离是沿踏面圆周方向测量, 运用限度要求滚动轴承一处不大于50mm, 二处每处均不大于40mm, 在此限度内, 不危及行车安全, 超此限度便会加剧车轮与钢轨间的振动, 使轮毂与车轴配合出现移动或轴身弯曲, 轮对内距尺寸发生变化, 易使轴承出现故障。如滚动轴承热轴、冷切, 滚动轴承保持架裂损, 严重者出现折轴, 造成车辆颠覆。

2) 车辆踏面擦伤后加剧了车轮圆周磨耗, 破坏了磨耗型踏面的作用, 当圆周磨耗到8mm以上时, 往往出现靠近轮缘处凹下, 外侧高起, 这样, 就失去了磨耗型踏面的作用, 在曲线上两轮不能同时滚动, 外轮产生滑行, 造成车轮踏面擦伤, 在直线上出现导前滞后现象不能自行纠正位置, 加剧轮缘与钢轨的磨耗。车轮踏面圆周磨耗超限后使轮缘的相对高度增加, 易与鱼尾板连接螺栓之螺母相碰或切断螺栓。

3 减少滚动轴承故障的对策

3.1 严格控制转向架及轮对的制造、检修质量

运用和试验结果都表明, 转向架及轮对的技术状态优劣, 不仅直接关系到行车安全, 而且对车辆的运行品质、对车轮的擦伤、剥离均有很大影响, 尤其在提速和高速运行条件下, 因为速度越高, 动载荷越大, 将加剧轮轨间接触疲劳引起的剥离。为此, 应严格控制其制造、检修质量, 在目前条件下, 尤其对货车转向架在制造、检修时, 其轮对的动平衡、同一轮对的轮径差、车轮加工的形位公差等均应严格控制, 在段修或换轮时还应进行动平衡检验, 以保证转向架及轮对一直处于良好的技术状态, 改善运行品质, 减少轮轨间作用力, 从而降低车轮擦伤、剥离的程度。

3.2 应对列车制动系统的可靠性进行全面调查及检测

运用部门所反映的情况表明, 因制动操作不当、制动系统故障而导致的车轮擦伤故障率最高, 且后果也最为严重, 所以, 应对列车制动系统的可靠性进行全面调查检测。主要检查是否有以下故障:基础制动杠杆抗平衡、个别车辆缓解不良、制动机及阀件故障、闸瓦厚度超限、同一列车中各种车型制动率不统一、各车辆制动缸活塞行程不统一、空重阀作用不可靠、闸瓦间隙自动调整器故障或调整不当等, 上述故障往往使车辆制动作用不协调, 不仅易造成列车纵向冲动加剧, 而且易造成制动率偏高、制动力过大的车辆发生车轮滑行擦伤。因此, 运用部门应切实加强上述检查, 强化闸调器试验质量标准, 不得减少试验次数和缩短试验时间。对闸调器要按规定施修, 定期检修时必须实行换件修, 即:使用满5年的一律拆下大修, 不到5年且作用良好的, 要做好制动性能试验。以消除事故隐患, 保证行车安全。

3.3 加强各部门的联劳协作, 要求机车司乘人员按要求使用列车制动系统, 不随便使用紧急制动

增加责任心, 工作精力集中, 充风时, 不能对车辆制动机过充风。认真检修和调试机车上的列车试验器和机车空气压力调整阀, 使其消除故障隐患。工务部门要加强对线路的维修保养, 使其符合行车安全要求, 不断改进线路质量;车站调车作业时, 要控制好车速, 减少对铁鞋制动器的使用, 有条件的, 在线路上装用对车轮无损害的减速顶。装载货物时, 要使货物均衡装载, 杜绝超载, 偏载和集重现象的发生。

3.4 不断改进车辆制动机系统和走行部各装置

为了适应大提速的要求, 1) 要尽快淘汰GK型制动机, 逐步淘汰103型制动机, 加快120型制动机改造, 使列车整体制动性能协调一致, 动作同步;2) 要改进转向架结构, 减少其振动, 增加运行平稳性, 如侧架增加稳定性, 两侧架间需增加类似于弹簧托板作用的支撑装置:旁承增加液压旁承或橡胶旁承垫, 减少上下旁承间隙或无间隙缓冲旁承;侧架与承载鞍间增加橡胶减振垫, 以避免各部件刚性接触及运行中过大振动或位移, 使车轮与钢轨减少不必要的刚性力。

3.5 研究开发减少车轮擦伤、剥离的新产品、新技术

1) 研制增粘块, 提高防滑能力。由于开发货车防滑器增加了一套基础制动系统, 转向架自重及制造维修成本也均有所增加, 为此, 日本在高速车上开发应用了增粘块, 不但清扫了踏面, 增加了粘着, 而且简化了结构, 降低了成本, 建议对此进行研究。

2) 研制高性能、高灵敏度的防滑器借鉴客车防滑器运用的经验, 开发研制货车车辆专用的防滑器。对于高速车辆, 国外已开发性能更好、灵敏度更高的由微机控制的防滑系统, 应加快我国在这方面的研制进程。

3) 改进转向架性能, 提高曲线径向通过能力径向转向架在改善曲线通过性能、减少轮轨滑动、减少轮轨磨耗及车轮擦伤、剥离等方面均有明显效果, 在提速及高速转向架的研制开发中, 应尽量使之能实现径向 (或准径向) 的曲线通过能力, 这是转向架改进与发展的一个重要趋势。

以上诸方面均可在不同程度上减少车轮的擦伤、剥离, 减少滚动轴承故障。

参考文献

[1]陈雷、王士铠、黄毅.铁路货车运用维修技术与管理.北京:中国铁道出版社, 2005.

[2]马文斌.铁路货车滚动轴承.北京:中国铁道出版社, 2002.

货车轴承 篇5

关键词：铁路缺陷轴承,显式动力学,加速度,时域分析

0 引言

20世纪60年代以来,我国就已经开展对滚动轴承振动和噪声的研究[1～4]。刘寿祥等通过对LM11949/10、NU211等轴承零件作单因素交叉试验和对国外同型号产品振动对比分析,找出了圆锥滚子轴承各零件对轴承振动的影响规律,得出滚子波纹度是影响轴承振动加速度和振动速度高频档的主要因素[5]。夏新涛等以实验为基础,运用数理统计分析的方法研究了轴承振动与噪声的关系[6]。1982年,邓聚龙创立灰色系统理论,以小样本、贫信息不确定性系统作为研究对象,从已知信息中提取有价值的信息,达到对系统行为和规律的预测和控制[7,8]。刘劲军、夏新涛和张立红利用灰色系统理论研究影响圆锥滚子轴承振动的影响因素,得出滚子凸度和滚子直径偏差等参数对滚子轴承振动影响最大[9]。本文在其基础上,利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学,建立轴承主要元件如内、外圈及滚子的点缺陷模型进行动力学仿真分析,研究轴承主要元件有点缺陷时对振动的影响及振动特征,找出判断依据。

1 点缺陷及轴承有限元模型

滚子轴承会因疲劳、裂纹、压痕、胶合等失效形式引起滚动体和内、外圈表面剥落, 这是滚动轴承常见的故障。表面剥落所形成的点缺陷恶化会导致整个轴承的故障甚至报废[10]。

内、 外圈和滚子的点缺陷模型是在正常轴承353130B模型[11～16]的基础上通过引人“人工点缺陷”建立的。在内、外圈和滚子承载区分别构造1个凹坑,点缺陷半径约1mm,深度为2mm,形状为球冠[17～19],如图1所示。

轴承材料均为硬度较大的钢材,塑性变形相对弹性变形几乎可忽略不计,因此假设轴承材料为各向同性的线弹性材料,密度为7800kg/m3,弹性模量为210GPa,泊松比为0.3。实际工况中,外圈固定在轴承基座上,因此将外圈全部约束,约束施加在外圈外表面节点上,由于所选单元SOLID164没有旋转自由度,只有平移自由度,所以只需约束x、y和z方向的平动即可。轴承的载荷通过转轴作用在内圈上,因此将转速加载在内圈内表面刚体上,径向荷载施加在内表面刚体的轴线上。

材料参数和边界条件均采用正常模型的参数,内、外圈和滚子点缺陷模型及网格划分如图1所示。在ANSYS/LS-DYNA显式动力学中,分析轴承各元件分别有点缺陷时对轴承振动的影响,通过计算得到,正常轴承、滚子点缺陷轴承、内圈点缺陷轴承和外圈点缺陷轴承的内圈滚道节点Y方向加速度变化曲线。

2 振动信号的时域分析方法

振动信号是轴承故障诊断中应用最普遍的检测信号,运用合适的信号处理方法提取所检测到的振动信号,就能识别轴承的故障所在。因此信号处理方法的选择就显得尤为重要。目前信号处理方法主要有:时域分析和频域分析。时域分析是最简单的振动监测方法,它反映的是轴承总体运行情况,它能判断出轴承是否发生故障。本文主要采用时域分析对振动信号进行仿真分析,得到各元件有点缺陷时轴承振动的时域判断指标如下。

2.1 有量纲统计参数

对于离散时间序列x1,x2,x3,…,xn,振动的各有量纲统计参数计算如下:

1)峰值xp:振动信号的最大值。

2)均值:振动信号的算术平均值。

3)均方根值xrms:用来判断轴承是否正常运行。

4)方根幅值xr:反映振动信号波动程度。

5)方差σ2:反映振动信号的波动程度。

6)方差均值比Q:反映振动信号的集散程度。

2.2 无量纲统计参数

1)波形指标Sf:反映振动信号的波动程度。

2)峭度指标K:反映振动信号的冲击特征。

3)脉冲指标If:反映振动波形冲击分量的偏离程度。

4)峰值指标Cf:检测是否存在冲击的指标。

5)裕度指标Ce:检测是否存在冲击的指标。

3 加速度时程分析

为了分析轴承在不同状态下加速度的变化规律,选取初始状态时,正上方内圈滚道中心点,提取其Y方向的加速度变化曲线来进行分析。图2~图5分别为正常轴承、滚子点缺陷轴承、内圈点缺陷轴承和外圈点缺陷轴承的内圈滚道节点Y方向加速度变化曲线。

从图2~图5可以看出,正常情况下轴承与有点缺陷情况轴承相比较,内圈滚道节点Y方向的加速度曲线没有明显的规律可循,不同时刻的峰值大小也不一样,呈现高度的随机性,这反映了轴承元件运动及受力的复杂程度。为研究各元件有点缺陷时对轴承运动的影响,利用振动的时域统计参数对加速度曲线进行进一步分析,结果如表1所示。

4 轴承振动统计参数分析

4.1 振动有量纲统计参数分析

由表1可得,当轴承滚子出现点缺陷时,峰值、均值和方差均明显变大,均方根值虽然变大,但幅度不是太大,方差均值比和方根幅值都有减小,且方差均值比减小的幅度更明显,但当外圈出现点缺陷时,方差均值比也明显减小,所以不能单一使用方差均值比作为滚子点缺陷的判断指标,因此可以用峰值、均值和方差来作为轴承滚子点缺陷的判断指标;当内圈出现点缺陷时,峰值、均值、均方根值、方根幅值和方差都小幅度减小,但减小的幅度不是很明显,而方差均值比成明显的增长趋势,因此可用方差均值比作为内圈点缺陷的判断指标;当轴承外圈出现点缺陷时,振动的峰值和均值小幅度减小,均方根值、方根幅值、方差和方差均值比明显减小,因此均方根值、方根幅值和方差可以用作外圈点缺陷出现的判断指标。

4.2 振动无量纲统计参数分析

由表1可得,当轴承滚子出现点缺陷时,波形指标和脉冲指标都有减小趋势,且波形指标减小的幅度更明显,峭度指标、峰值指标和裕度指标有明显的增大趋势;当内圈出现点缺陷时,峭度指标、峰值指标和裕度指标都没有明显的变化,而波形指标和脉冲指标有所增加;当外圈出现点缺陷时,除了波形指标有减小的趋势外,其他参数都成明显的增长趋势,由此可以得出,对于轴承元件点缺陷的出现,不能用单一的无量纲统计参数来判断,但可以综合无量纲统计参数的变化情况来判断轴承元件点缺陷的出现。当峭度指标、峰值指标和裕度指标明显增加,但脉冲指标却呈减小趋势时,可以判断此时可能在轴承滚子上出现了点缺陷;当波形指标减小,但其他参数却都明显增大时,这时可能在轴承外圈上出现了点缺陷;当轴承内圈点缺陷时,其无量纲统计参数没有明显的变化,因此不适合用无量纲统计参数来判断轴承内圈是否发生点缺陷。

5 结论

铁路货车轮对使用的3531310B型滚动轴承结构复杂,本文基于ANSYS/LS-DYNA显式动力学,建立3531310B型滚动轴承内、外圈及滚子的点缺陷模型,进行动力学仿真分析,通过提取正常轴承和有点缺陷轴承运行时内圈滚道节点Y方向的加速度曲线,进行轴承振动信号时域分析,通过分析和比较振动信号的时域统计参数可得到如下结论:

1)内圈滚道节点Y方向加速度曲线没有明显的周期性,呈现随机性,反映了轴承运动时内部元件受力的高度非线性。

2)当滚子出现点缺陷时,峰值、均值和方差较其他元件有点缺陷变化明显,因此可以用峰值、均值和方差作为滚子点缺陷的判断指标。

3)当内圈出现点缺陷时,方差均值比与其他元件有点缺陷相比有明显的变化,因此可以用方差均值比来作为内圈点缺陷的判断指标。

4)当外圈点蚀出现时,均方根值、方根幅值和方差较其他元件有点缺陷明显减小,因此可以用均方根值、方根幅值和方差来作为外圈点缺陷的判断依据。