铁路货车滚动轴承热轴原因分析及预防

铁路货车滚动轴承热轴原因分析及预防

高用森  ,王自荣

中国铁路北京局集团有限公司天津车辆段 天津  300012

摘 要：文章根据最近铁路货车滚动轴承热轴失效情况，在分析货车滚动轴承和滚子在列车通过曲线过程中受力情况的基础上，对滚子滚道损坏，轴向游隙超标，注油量以及轴承压装质量等引起热轴问题进行了原因剖析。并着重从提高轴承材质制造工艺和完善轴承组装，轴承大修质量控制（一般检修）两方面提出防范措施。

关键词：滚动轴承   热轴  分析  预防

0 前言

铁路货车滚动轴承作为货车轮轴上的关键零件，是货车快速、重载及其他技术升级的心脏之一。它的安全性和可靠性，直接影响着铁路铁路运输是否安全，优质，高效。

1 货车滚动轴承热轴故障情况

根据“铁路车辆信息发布系统”提供的数据和红外轴温自动检测和预测系统THDS检测分析站提供的数据预测，热轴多发生在轴承保持架裂损、轴承内外圈滚道滚子的磕碰和损坏、轴承内外油封的变形、密封罩脱出、轴承压入不当，注油量的多少。

2 货车滚动轴承热轴原因

2.1 轮轴受力对滚子滚道损伤的影响

研究轴承故障的形成原因必须先从轮轴受力关系出发，对滚子和滚道力学关系进行分析。

在列车运行工况，货车车辆的载荷是通过承载鞍传递给轴承，轴承载荷通过轮轨关系将传递给钢轨。其受力情况如图1所示:径向载荷，轴向偏心载荷和轴向弯曲载荷。考虑线路由直道、坡道、弯道组成的特性，车辆的运行轨迹就形成直线和曲线，轮轴的运行轨迹就是水平和倾斜。当车辆通过曲线时，轴承就会受到径向与轴向偏心的交变载荷，加大轴承滚子与滚道间的局部受力，增大滚子与滚道接触点弹性变形，形成碾压效果（如图2所示）。当达到疲劳极限时，就会产生弹塑变形，其塑性变形部分就是产生轴承缺陷的疲劳源。达到疲劳极限时，疲劳源就衍变为滚子和滚道的划痕、剥离等缺陷。

2.2滚子滚道破坏对轴温影响

轴承滚子滚道划伤，剥离后表面粗糙度下降，摩擦面之间表面微观凸峰相接触破坏油膜，滚子滚道被剥开时生成的金属碎屑和粉沫掺入油脂中，破坏了移动配合摩擦副表面光滑油膜，润滑油膜被破坏形成半干摩擦状态，引起轴温升高。

2.3轴向游隙，注油量等因素对轴温度的影响

2.3.1轴向游隙对其影响

轴承在选配好中隔圈装配以后，必须保持轴向游隙合理（如352226X2～2RZ型轴承新修和大修时轴向游隙在0.60～0.70mm之间）。轴承在压装在轴颈后还应保持轴向游隙合理（352226X2-2RZ型轴承新造和大修时轴向游隙在0.075～0.50mm之间），滚动轴承在压装后轴向游隙亦称“有效游隙”。轴向游隙以确保轴承能灵活无阻地工作为目的，同时还应确保轴承工作顺畅、轴承轴线不发生明显沉降。所以轴向游隙对于轴承动态性能，旋转精度，寿命，承载能力等均具有较大的影响。游隙太小时，滚动轴承的温度上升，引起热轴；游隙太大时，振动噪音加大，还会使滚子对保持架，滚子对轴承内圈挡边的冲击力加大，从而使保持架断裂，滚子端面磨损严重。保持架断裂时会影响滚子排序和承载，引起滚子卡阻，润滑不畅，从而引起热轴；

2.3.2注油量对其影响

轴承润滑脂主要用于轴承润滑、散热和绝缘。例如，在铁路货车车轴装配、维护和管理规则的试验中，352226X2-2RZ轴承润滑脂填充量应在400-440g之间。如果允许的喷油值小于试验的下限指标，轴承润滑部件的质量可能会迅速下降，导致轴承局部滚子和轴承滚道发生半干摩擦损坏，并可能产生大量摩擦热，最终导致轴发热。如果喷油量超过上限指数，可能会影响滚柱体和轴承滚道摩擦热的散发，并导致热轴,但一般情况下，这种工况的温升系数通常并不意味着温度的持续升高，即通常使用的假热轴。

2.4轴承压装质量产生影响

2.4.1压装过盈量的选取影响

轴承内圈和外轴颈采用过盈配合，轴承过盈的设计和选择是确保轴承轴向间隙是否合理的关键技术过程之一。例如，《铁路货车车轴装配、维护和管理规则》模型中352226X2-2RZ轴承内圈与外轴颈之间的轴承配合过盈量约为0.050～0.102，如果过盈量小于下限或大于上限，则轴承的轴向间隙通常会变化过大或过小。如果间隙变化过大，可能会在运行期间直接影响整个轴承的运行轴线，增加滚动噪声，增加轴的磨损面积，并间接导致轴的高温，如果间隙过小，轴承滚子和轴承内外圈间的摩擦热将进一步增加，并将进一步导致高温。

2.4.2压装不当影响

轴承是否压装到位，是判断轴承压装是否合格的3大项点。例如：32226X2-2RZ型轴承压装就位尺寸在-14.4～-17.4毫米之间。若轴承压装不当，就会使轴承密封罩工作时松脱，引起轴承密封罩油封和轴承前盖介入，由此引起的摩擦热就会使油封发生变形，甚至损坏，使油脂溢出，从而使轴承热轴。

2.4.3轴承前盖后挡沟槽对磨耗影响

352226X2-2RZ, SKF 197726等型号轴承，前盖，后挡和轴承密封座相配合处槽深3.50-0.5毫米。若沟槽深度超过4.0mm,则轴承密封罩油封介入前盖和后挡，形成接触摩擦热而造成2.4 .2情况热轴。

3.预防措施

3.1强化质量意识

在人防方面，要严格执行员工操作标准化，规范化，弘扬工匠精神，用细致的工作态度严格控制人为误差及缺陷漏检。

3.2改善制造源头质量

3.2.1轴承材质的源头质量控制

国内铁路轴承主要通过淬火高碳钢或强化渗碳碳钢表面来获得轴承表面的最佳硬度，从而获得规定的接触疲劳寿命。由于各种热处理和工艺特性略有不同，渗碳轴承钢在淬火热处理后可获得三种不同温度等级的马氏体，且无残余奥氏体。如果热处理工艺不合适，马氏体针愈粗，残留奥氏体含量愈高，轴承表层的有利残余压应力及渗碳层的强度将愈小，愈易产生微裂纹而使接触疲劳寿命缩短。

3.2.2加强轴承组装的质量控制

轴承装配和质量关系中的另一个关键几何参数是轴向间隙。例如，在新产品中组装352226X2-2RZ轴承后，发现轴向间隙比在0.60和0.70之间，满足精度指标的要求。有必要选择尺寸合适的轴承中隔圈，建议使用在线检测设备和数字检测设备技术，以提高选择配件检测的工作时间效率、可靠性和准确性。

3.3加强检修质量控制

滚动轴承检修分为轴承大修和轴承一般修。在检修期间，轴承外圈和内圈的几何和尺寸偏差基本上可以通过数字检测器进行检测。然而，轴承滚道和滚子轴缺陷的检查方法只能依靠目视观察和手感检查，这不可避免地导致缺陷的遗漏。建议尽快开展共振解调器技术和自行研制的缺陷诊断仪技术的研究开发，加强和进一步提高设备检测水平。

4结束语

综上所述，为了及时预防货车滚动轴承热轴的安全故障，有必要提前对货车滚动轴承热轴安全技术风险点进行科学、准确的分析和识别，正确、全面掌握货车滚动轴承热轴产生的原因，并通过物防技防和人防等综合措施，将滚动轴承热轴危险管控在制造工艺改进和检修工序优化等环节上，从而彻底解决货车滚动轴承热轴和燃轴难题，避免出现事故。

插图说明：

图1：车辆运行工况轮轴受力分析

图2： 车辆通过曲线时轴承滚子受力分析

参考文献：

       〔1〕铁路货车轮轴组装检修及管理规则 [M].中国铁道出版社，2016年北京

          〔2〕卢刚.浅谈滚动轴承设计制造技术及发展 [J].机械研究与应用，第20卷 第1期第118~120页

          〔3〕王勇.基于Hilbert共振解调法的滚动轴承振动故障诊断[J] .科技创新与应用，2014年第4期 第23页