某型电力机车抱轴箱轴承伪布氏压痕故障分析与预防

某型电力机车抱轴箱轴承伪布氏压痕故障分析与预防

郑 晗 熊文华 杨洁涛

（中车株洲电力机车有限公司 湖南 株洲 412001）

摘要：某型电力机车的抱轴箱轴承是轮驱装置的关键部件之一。机车在运用过程或者长途运输过程中容易受到多种载荷冲击，使轴承产生不同程度的伪布氏压痕。伪布氏压痕会使轴承产生应力集中，降低轴承的使用寿命。本文通过对某型电力机车抱轴箱轴承伪布氏压痕的实际案例进行研究，分析伪布氏压痕的产生原因，并提出预防改进措施。

关键字：抱轴承；伪布氏压痕；预防

0 引言

某型电力机车的抱轴箱是轮驱装置的关键部件之一，抱轴箱轴承作为其中的精密的部件既承受驱动装置悬挂的重力载荷，也承受电机扭矩及驱动装置的由加速度引起的惯性力等动态载荷[1]。机车在运用过程中，抱轴箱轴承可能会产生不同类型的损伤，如材料剥落、磨损、腐蚀和塑形变形等，伪布氏压痕是最常见的损伤之一。电力机车配备的走行部安全监测装置能够有效监测抱轴承的状态，识别轴承损伤部位并根据损伤程度发出不同级别的警报。本文基于抱轴箱轴承伪布氏压痕的实际典型案例，分析伪布氏压痕损伤产生的原因，并提出切实可行的预防措施。

1 抱轴箱轴承伪布氏压痕案例

1.1 某型机车抱轴箱结构形式及轴承简介

某型电力机车轮驱装置采用的电机轴悬式驱动装置，主要包括电机、抱轴箱、齿轮箱、轮轴等部件。轴悬式结构使得整个驱动装置的重量、惯性力和电机扭矩均由抱轴箱轴承和电机吊杆承受[2]。

目前该型电力机车轮驱装置抱轴箱轴承采用分体式圆柱滚子轴承，由轴承外圈、内圈，滚动体及保持架4部分组成。轴承外圈通过冷压方式压入抱轴箱轴承座，轴承内圈通过热套方式与车轴实现过盈配合。机车在运行过程中，抱轴箱轴承会承受径向载荷和轴向载荷。

1.2 典型案例介绍

售后服务团队反馈多对检修后某型电力机车轮驱装置机车车载6A系统监测装置显示抱轴承轴承内圈和外圈存在冲击信息且连续性较强。为确认抱轴箱轴承内部状态，探究引起车载6A系统报警原因。对故障轮驱装置进行空转试验及顶轮试验并进行相关拆解检查。

对返回的故障轮驱进行拆解前空转试验和顶轮试验，检测数据正常，未发现抱轴箱轴承存在异常。在抱轴箱拆解过程中发现，存在连续性冲击信息的抱轴箱轴承的内圈滚道、外圈滚道上均存在等滚子间距伪布氏压痕，压痕处呈现光亮凹陷特征。滚动体表面在对应位置处同样存在伪布氏压痕，压痕位置处用指甲滑动触感明显，表面粗糙度明显高于正常轴承。

该批抱轴箱轴承运行公里数达3.5万公里，采用美孚SHC220润滑脂润滑。拆解完成后对轴承进行相关检测，轴承圆度检查显示轴承内、外圈未发生明显形变，伪布氏压痕深度约1-2um。

2 原因分析

伪布氏压痕的产生是由于轴承受到循环的振动冲击，导致滚动体和滚道面之间产生微动和弹性接触弹力而出现磨损，持续且规律的微动磨损使滚道表面形成有光泽的浅层凹陷，继而产生伪布氏压痕[1]。由于伪布氏压痕通常在轴承静止时承受载荷时产生，因此通常出现压痕等滚动体间距的特征。

经拆解检查分析判断该批抱轴箱轴承产生伪布氏压痕可能有三方面原因：1、轴承在静止时遭受较轻载荷的多次循环往复振动冲击；2、轴承在负载的情况下长时间静止；3、轴承在运转过程中受到有规律的振动冲击。

电力机车轮驱装置若未形成转向架总成或者机车整车，则是通过公路货车单独运输至段方。轮轴驱动装置在运输过程中受路况等因素影响，无法避免受到振动冲击，抱轴箱轴承在长时间振动冲击下产生磨损。部分轮轴驱动装置入库后长期放置，未按照存放要求定期盘动抱轴箱并加注润滑脂。由此导致抱轴箱轴承滚子与滚道之间润滑不良，受到外界振动影响时容易产生伪布氏压痕。

综上所述造成电力机车抱轴箱轴承伪布氏压痕主要原因是轮驱装置产品在公路运输过程受到振动影响或者轴承润滑不良。

3 预防及纠正措施

机车抱轴箱轴承伪布氏压痕会使机车轮驱装置在运行过程中产生噪音，滚道压痕附近产生应力集中，从而造成轴承材料剥离，降低使用寿命。目前针对电力机车抱轴箱轴承伪布氏压痕故障判断依据是使用手指甲往复触摸轴承内、外圈压痕位置处，若触感明显则该轴承报废处理。抱轴箱轴承作为精密部件，其价格昂贵。同时更换抱轴箱轴承需要解体整个轮驱装置，更换成本较高。因此制定合理有效的防护措施，降低抱轴箱轴承产生伪布氏压痕的风险是十分必要的。

通过拆解分析轮驱装置在运输过程中的振动冲击及长时间不良环境存放是导致抱轴箱轴承产生伪布氏压痕的主要原因。因此从轮驱装置运输防护、产品长期存放注意事项两方面制定预防、纠正措施。

（1）轮驱装置在运输过程中，受到长时间的颠簸振动是抱轴箱轴承产生伪布氏压痕的首要原因。因此减少运输过程振动冲击，使得轴承滚子和滚道之间保持相对静止能有效防止伪布氏压痕的产生。基于此采用安装运输锁螺栓的方法，即轮驱装置运输前在电机N端端盖和抱轴箱轴领处安装运输锁螺栓并拧紧，使整个轮驱装置的传动系统固死，确保抱轴箱轴承滚子和内、外圈滚道之间不会发生相对微小的反复振动，进而避免伪布氏压痕的产生。为进一步保证轮驱装置在运输过程中的平稳，整个轮驱装置应使用绑带完全固定在专用运输工装上。

在轮驱装置到达目的地，准备起吊卸货前，必须首先解锁运输锁螺栓，否则有可能会造成运输锁螺栓受剪切力断裂。

（2）若轮驱装置需长期存放时，为保证抱轴箱轴承润滑良好，滚动体与滚道之间形成润滑油膜，应定期向轴承注入润滑脂SHC220并盘动抱轴箱，使抱轴承外圈的不同滚道面交替处于载荷区，避免伪布氏压痕情况出现。同时为避免轮驱装置受到的周围存储环境影响，须避免轮驱装置存放位置周围放置有大振动的设备。防止周围振动引起地面振动导致抱轴箱轴承内部产生微弱冲击。

（3）同时目前针对抱轴箱轴承存在伪布氏压痕的判定主要依靠人为经验进行判定，容易存在误判、错判的风险。为保证轮轴驱动装置在出厂前能够准确识别出抱轴箱轴承内部情况状态，保证产品质量，减少轮驱装置回厂返修的情况。对目前已有的轮驱装置地面空转试验和顶轮试验设备上完善轴承故障检测手段，在例行试验时准确判别出抱轴箱轴承伪布氏压痕及其他故障。达到提前检测识别轴承状态的目的。

4 结束语

本文从某型电力机车轮驱装置结构形式、抱轴箱轴承组装工艺入手，通过对故障抱轴箱轴承进行拆解研究，确定轮驱装置在运输过程中的振动及轴承内部润滑不充分是导致抱轴箱轴承出现伪布氏压痕的重要原因。通过安装运输锁螺栓，定期加注轴承润滑脂的方法能够有效防止抱轴箱轴承滚动体与内、外圈滚道间的微小振动，避免伪布氏压痕的产生，对提高抱轴箱轴承使用寿命具有重要意义。

参考文献：

[1] 杨扩岭,赵爱龙.风电齿轮箱轴承产生伪布氏压痕的原因分析及预防措施[J].机电信息, 2020(21):2.

[2] 于良峰,赵登利,吴树梁.风电机组齿轮箱故障分析及改进措施[J].风能, 2012(10):4.0.2012-10-033.

[3] 陈国胜晋军辉.机车轴悬式驱动装置悬挂载荷研究[J].机车电传动, 2008(2):20-23.

[4] 肖得珍.滚动抱轴箱轴承游隙超差原因分析及改进[J].内燃机车, 2015.