大秦線353130B型軸承故障統(tǒng)計(jì)與分析

張俊琴

（太原鐵路局 車輛處，山西太原030013）

2006年1月鐵道部引進(jìn)了SKF公司的CTBU150型軸承，定型為353130B型軸承，該軸承為緊湊型軸承，其特點(diǎn)是取消了密封座；采用了低磨擦式的LL油封；在后擋與軸承內(nèi)圈大端面之間安裝了塑鋼隔圈，消除了內(nèi)圈與后擋接觸面產(chǎn)生的微動(dòng)磨蝕，設(shè)計(jì)額定壽命不小于200萬km。

自2006年5月353130B型軸承開始裝車運(yùn)用至今，大秦線C80系列運(yùn)煤專用敞車353130B型軸承裝用比例已達(dá)82%，裝車保有量約22萬余套。大秦線車輛周轉(zhuǎn)頻率快，年均運(yùn)行里程約22萬km，是普通車輛年運(yùn)行里程的近2倍，因此，軸承的運(yùn)用條件較為惡劣。隨著353130B型軸承在大秦線的大量裝車運(yùn)用，故障軸承數(shù)量也在不斷增加，相當(dāng)比例的軸承出現(xiàn)早期失效問題，不僅干擾了正常的運(yùn)輸生產(chǎn)秩序，而且時(shí)刻威脅著大秦線的安全運(yùn)輸生產(chǎn)。

1 問題的提出

1.1 軸承退卸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

大秦線C80系列運(yùn)煤專用敞車的定期檢修由湖東車輛段承擔(dān)，2010年湖東車輛段在車輛段修中，共退卸軸承41 105套，其中因軸承壓裝到期正常退卸者占71%，其余29%均為非正常退卸。非正常退卸軸承中因軸承異聲、卡滯退卸的比例占首位，為8.1%，因軸承密封失效退卸的比例占其次，為1.2%。

1.2 軸承典型故障統(tǒng)計(jì)

2010年至今，湖東車輛段在輪對段修實(shí)施軸承收入檢查時(shí)，通過手工轉(zhuǎn)動(dòng)檢查方式，發(fā)現(xiàn)部分軸承存在異聲、卡滯現(xiàn)象，經(jīng)對故障軸承（注：因353130B型大修軸承從2011年3月份才陸續(xù)裝車使用，所以發(fā)生故障進(jìn)行分析的軸承均為新造353130B型軸承）進(jìn)行退卸、分解、檢查發(fā)現(xiàn)353130B型軸承早期失效的故障有如下規(guī)律：

（1）失效軸承其故障均分布在外圈、內(nèi)圈及滾子3大部件上，外圈故障占比例90.9%，內(nèi)圈故障占比例9.1%，滾子故障占比例9.1%，可見外圈是軸承組件中發(fā)生故障比例最高的部件。

（2）失效軸承其故障基本集中于滾道部位，滾道剝離占54.5%，滾道壓痕占27.2%，外圈牙口缺損與外圈（含滾子 ）滾道劃傷各占9.1%，可見滾道剝離故障是軸承故障中的高發(fā)故障，尤其是外圈滾道剝離表現(xiàn)甚為突出。

（3）對失效軸承裝用時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)軸承從裝用到失效平均運(yùn)用時(shí)間為22.6個(gè)月，平均運(yùn)行里程約為41.4萬km，個(gè)別軸承裝用僅4個(gè)月就開始失效。

《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（以下簡稱《輪規(guī)》）規(guī)定：303130B型新造及大修軸承的使用時(shí)間或運(yùn)行里程均為8年或80萬km，兩項(xiàng)合計(jì)，一套353130B型軸承的正常使用壽命為16年或運(yùn)行里程160萬km。大秦線因運(yùn)用車輛周轉(zhuǎn)周期短，運(yùn)行頻率高，所以車輛的正常檢修及軸承的退卸時(shí)間均以運(yùn)行里程計(jì)算。以上早期失效的軸承裝用時(shí)間基本不足其壽命的四分之一。

2 故障分析

軸承內(nèi)部出現(xiàn)剝離后，軸承內(nèi)部組件正常運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致相互運(yùn)動(dòng)間阻力增大，引發(fā)軸承內(nèi)部溫度升高，繼而促使已出現(xiàn)的剝離故障加劇，滾子的有序運(yùn)動(dòng)遭到破壞，軸承內(nèi)部產(chǎn)生大量摩擦熱，在摩擦熱和載荷的共同作用下，軸頸被拉伸、輾長、切斷，最終造成熱切軸事故發(fā)生。

所以說失效軸承若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并終止其運(yùn)行，其后果是非常可怕的。為此筆者從導(dǎo)致353130B型軸承早期失效故障中比例最高的外圈滾道剝離故障入手，通過對與故障軸承相關(guān)聯(lián)的同一轉(zhuǎn)向架上的承載鞍、輪對、轉(zhuǎn)向架等配件進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研、分析，發(fā)現(xiàn)造成軸承外圈剝離的原因主要來自以下幾方面。

2.1 車輪踏面狀態(tài)不良

輪軸段修中，對裝用失效軸承的輪對進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該部分輪對因踏面狀態(tài)不良進(jìn)行旋修的比例達(dá)89%，說明輪對踏面狀態(tài)不良是引發(fā)軸承故障的一大因素。

《輪規(guī)》明確規(guī)定：輪對收入檢查時(shí)，對＂車輪踏面擦傷、局部凹陷深度達(dá)到2mm的輪軸上的工程塑料（塑鋼）保持架軸承及車輪踏面剝離、缺損超過運(yùn)用限度的輪軸上的軸承＂均須退卸。原因很簡單，車輪踏面出現(xiàn)擦傷或圓度不足等故障，高速運(yùn)行的車輪與鋼軌接觸時(shí)必將產(chǎn)生異常徑向沖擊，且車輛載重越大、運(yùn)行速度越高，徑向沖擊力將越大。這種沖擊力必將通過車軸傳遞到軸承，對軸承產(chǎn)生附加的沖擊載荷作用，車輪踏面故障愈嚴(yán)重，對軸承產(chǎn)生的附加沖擊載荷愈強(qiáng)烈，反復(fù)作用的附加沖擊載荷必將導(dǎo)致軸承組件滾道的局部過載疲勞，引發(fā)組件滾道表面產(chǎn)生裂紋，裂紋不斷擴(kuò)張的結(jié)果必將出現(xiàn)剝離。

2.2 承載鞍鞍面狀態(tài)不良

對失效軸承外圈外表面檢查，發(fā)現(xiàn)部分軸承外圈存在明顯的不均勻摩擦、磨損或卡壓痕跡。觀察對應(yīng)承載鞍鞍面配合處痕跡，認(rèn)為產(chǎn)生摩擦、磨損或卡壓痕跡的主要原因是外圈與承載鞍鞍面配合不良，產(chǎn)生局部接觸導(dǎo)致。車輛的各種載荷均由側(cè)架通過承載鞍作用于軸承傳導(dǎo)給車軸，所以承載鞍與軸承的接觸狀態(tài)決定了軸承的受力狀態(tài)，接觸不良，軸承受力不均，局部壓力增大，形成應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致軸承組件的傷損失效。

《鐵路貨車段修規(guī)程》對承載鞍各部磨耗及內(nèi)鞍面的檢測檢修質(zhì)量做了嚴(yán)格的規(guī)定，且明確要求承載鞍須原車原位原方向裝車，但現(xiàn)場使用檢測平臺對承載鞍的各部尺寸進(jìn)行檢測時(shí)，作業(yè)往往不盡如人意，一是檢測工具為樣板、塞尺，檢測精度不高；二是現(xiàn)場對小配件的檢測不重視，難免漏檢漏測，不可避免導(dǎo)致承載鞍與軸承接觸不良。

2.3 軸承內(nèi)部混水混沙

輪軸段修收入檢查時(shí)，近60%的軸承判定無需退卸但需進(jìn)行探傷檢查，那么這部分軸承一經(jīng)收入即須開蓋，從軸承開蓋至軸承關(guān)蓋，必須經(jīng)過輪軸清洗除銹、熒光磁粉探傷檢查、自動(dòng)超聲波探傷檢查、手工超聲波探傷檢查、輪對踏面加修等5個(gè)主要工序，這期間整個(gè)軸承一直處于開放狀態(tài)。而輪對輻板孔打磨、軸承外圈除銹等高污染工序，均會導(dǎo)致整個(gè)輪軸作業(yè)區(qū)空氣中有顆粒物在漂浮，開蓋后的軸端因有軸承脂，極易附著粉塵；另外輪軸沖洗除銹及輪軸踏面旋修兩個(gè)工序，雖要求安裝軸承防護(hù)套，但現(xiàn)場往往存在不安裝防護(hù)套、防護(hù)套安裝不到位或防護(hù)套本身不潔凈等問題，這樣異物或臟水很容易進(jìn)入軸承，引發(fā)開蓋軸承的污染。以上因素不同程度地會導(dǎo)致軸承內(nèi)部或潤滑脂中混入水、浮塵、沙粒等異物，關(guān)蓋后的軸承在運(yùn)行過程中因異物及水的腐蝕，極有可能引發(fā)軸承組件傷損及剝離。

2.4 軸承造修質(zhì)量缺陷

軸承原材料的冶金質(zhì)量、熱處理工藝等均會對軸承的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和接觸疲勞壽命造成影響，包括軸承的最終組裝質(zhì)量不高導(dǎo)致的組件之間附加接觸應(yīng)力的提高，軸承零件的磷化處理不當(dāng)導(dǎo)致的抗腐蝕、抗銹蝕、抗氧化能力不足等，均會成為軸承組件產(chǎn)生剝離的導(dǎo)火索。

3 對策措施

針對以上引發(fā)軸承外圈剝離的種種因素，為防范軸承發(fā)生剝離造成早期失效，筆者特提出如下有針對性措施。

3.1 加強(qiáng)運(yùn)用車輛輪對踏面質(zhì)量控制

首先要提高段修輪對收入的外觀檢查質(zhì)量，確保踏面狀態(tài)不良輪對均得到旋修，各部尺寸滿足限度要求；充分發(fā)揮5T系統(tǒng)對運(yùn)用車輛輪對的監(jiān)控作用，對車輪踏面剝離、擦傷及局部凹陷超限輪對及時(shí)旋輪或換輪，防止因輪對故障引發(fā)運(yùn)用軸承損傷導(dǎo)致軸承的早期失效。

3.2 提高承載鞍鞍面檢修質(zhì)量

現(xiàn)行檢修規(guī)程中要求對新制承載鞍內(nèi)鞍面實(shí)行4點(diǎn)檢測，建議車輛段修時(shí)對檢修承載鞍實(shí)施4點(diǎn)檢測，保證內(nèi)鞍面各部尺寸限度；其次建議提高承載鞍內(nèi)鞍面的加工精度，確保承載鞍內(nèi)鞍面與軸承外圈的接觸質(zhì)量。

3.3 加強(qiáng)開蓋軸承的防護(hù)

在整修輪軸檢修過程中，建議對開蓋后的軸承及時(shí)加戴防護(hù)套，作業(yè)期間應(yīng)隨卸隨戴，防止浮塵附著在軸端；其次應(yīng)設(shè)法改變現(xiàn)行的輪軸除銹方式，杜絕輻板孔打磨及軸承外圈除銹這種開放工的作業(yè)方式，確保輪軸檢修作業(yè)區(qū)的環(huán)境質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)輪軸收入時(shí)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)檢查

設(shè)置專職軸承轉(zhuǎn)動(dòng)檢查工，嚴(yán)格輪軸段修時(shí)軸承的“三檢制”制度，確保工作者、工長、質(zhì)檢員對軸承百分之百的轉(zhuǎn)動(dòng)檢查，提高故障軸承的發(fā)現(xiàn)率，防止故障軸承漏網(wǎng)裝車。

3.5 加強(qiáng)軸承運(yùn)用中紅外線監(jiān)控

紅外線軸溫探測系統(tǒng)是現(xiàn)行最有效的預(yù)防熱軸的高科技手段，我國鐵路車輛因大量采用了該系統(tǒng)對運(yùn)用車輛的軸溫實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，使得近年來車輛發(fā)生熱切軸的可能性明顯降低，所以應(yīng)加強(qiáng)對運(yùn)用軸承的紅外線實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保失效軸承及時(shí)得到控制。

3.6 提高軸承造修質(zhì)量

通過改善軸承熱處理工藝、提高軸承裝配精度等手段，提高軸承的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、接觸疲勞壽命及抗腐蝕、抗銹蝕、抗氧化等能力，確保軸承組件質(zhì)量從源頭上得到控制。