B型地铁车辆轴箱轴承保持架断裂原因分析

B型地铁车辆轴箱轴承保持架断裂原因分析

李由 魏苇 李春来 王士强

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062

摘要：针对某地铁车辆轴箱轴承保持架发生断裂的问题，分析了各种可能导致轴承保持架断裂的原因。确定保持架断裂是因为润滑脂中异物颗粒较多，润滑性能降低，致使保持架兜口磨损严重，滚子对保持架冲击振动加大；而且，兜口磨损严重后保持架落下量加大，与外圈中隔圈内径面接触摩擦，在轮轨以及滚子冲击振动作用下保持架发生断裂。

关键词：轴箱轴承；双列圆柱滚子轴承；保持架断裂；地铁车辆；转向架

0 前言

轴箱轴承作为轨道车辆转向架重要零部件之一，其主要主要作用是将轮对和构架联系在一起，承受车辆重量，使轮对沿钢轨的滚动转化为车辆的平动。某轴箱轴承使用过程中发生一起保持架断裂故障，为保证运营安全有必要对保持架断裂故障原因进行分析。

1 故障特征

轴箱轴承主要结构参数：双列圆柱滚子轴承尺寸为Φ120xΦ215x146mm。

某运行速度为80km/h的地铁车辆在运营后返回车辆段进行轴温检测时，发现某车一处轴端温度约为47度，其它轴端温度约为29度。随后对轴承进行分解，轴承B列保持架发生断裂如图1和图2所示，同时轴承润滑脂变黑。

图1 保持架断裂情况 图2 润滑脂变黑情况

2 故障原因分析

2.1 保持架强度仿真分析

基于轴承滚子和保持架实际受载类型，得到如下解析模型和最大应力图（图3和图4）。

图3 轴承径向解析模型 图4 保持架最大应力图

基于IEC61373标准作为载荷输入，计算结果显示：保持架最小屈服强度安全系数为1.5，最小疲劳强度安全系数为4.3；基于线路实测数据作为输入，计算结果显示：最小屈服强度安全系数为1.6，最小疲劳强度安全系数为13.6。以上计算可以得出基于IEC61373标准要求和线路实测数据，保持架强度均满足材料标准要求。故，可以得出保持架材料强度满足设计要求。

2.2 润滑脂理化分析

润滑脂作为轴承重要组成部分，起到轴承的润滑、降温、抗压及延长寿命的作用。通过对故障轴承润滑脂成份检测（检测结果如下表1），发现油脂中铜粉含量严重超标，铁粉含量和稠度均满足标准要求，其中油分离和水分离受保持架损坏程度影响无法测量。

表1 轴承润滑脂成分检测

通过对润滑脂进行FT-IR检测，异常轴承润滑脂未出现严重氧化老化现象，满足标准要求，排除油脂氧化老化原因。

通过润滑脂的异物检测，发现故障轴承油脂内部异物较多，存在来自于内部的铜合金、轴承钢，还有来自于外部的硅酸盐、碳素钢。

2.3 附属件外观检测-保持架

通过保持架外观检测，异常轴承B列保持架共计断裂14处，均发生在兜孔横梁根部；保持架外圈出现了异常磨损，痕迹与外圈中隔圈内径面纹路相同（图5），可确定为保持架与外圈发生干涉摩擦。

图5保持架中央侧圆环部磨损图 图6保持架中央侧圆环部磨损

通过滚子、滚圈外观检测，异常轴承B列滚子端部和滚道面出现异物划痕，与其相配合挡圈部位也存在异物划痕（图6），可确定为硬度较大的、类似轴承钢的异物引起。

基于润滑脂结果，存在较多的硅酸盐、轴承钢等异物，滚子端部出现划痕，可以判断是外界异物侵入导致。

4 结论

基于上述分析，轴承B列保持架断裂主要原因：润滑脂中异物颗粒较多，润滑性能降低，致使保持架兜口磨损严重，滚子对保持架冲击振动加大；而且，兜口磨损严重后保持架落下量加大，与外圈中隔圈内径面接触摩擦，在轮轨以及滚子冲击振动作用下保持架发生断裂。需要说明的是该款轴箱轴承如何避免外界异物侵入问题，应是下一步重点研究内容之一。

参考文献：

[1]陈全公，黄有方，陈波，等. 滚动轴承故障诊断和状态监测及推广应用[J].上海海韵学院学报，1994，（15）：1-9.

[2]NTN.滚动轴承综合样本[Z].2012.

[3]SKF.滚动轴承综合样本[Z].2010.