李繼紅，桂俊峰，屈國慶

(1．北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院,北京 100044；2. 北京金煜瑞利公司，北京 100081)

1 軸承基本要求及結(jié)構(gòu)類型

在高速運(yùn)行的動車組上，牽引電機(jī)軸承是確保其安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件，也是最容易損壞的部件之一。由于牽引電動機(jī)空間尺寸受到軌距和動輪直徑的限制，其外形尺寸要求盡量小。因此，對動車組牽引電機(jī)軸承的要求除體積小、重量輕、有較高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度外，還要求摩擦力小、安裝拆解方便和使用壽命長等。

動車組牽引電動機(jī)外形與普通三相鼠籠異步電動機(jī)類似，每臺動車組牽引電動機(jī)使用一組軸承(2套)，在動力輸出端即靠變速箱端裝用6311深溝球軸承，另一側(cè)裝用NU214圓柱滾子軸承[1]。

2 檢修現(xiàn)狀

2.1 修程及相關(guān)要求

目前我國動車組修程分為日檢、月檢、轉(zhuǎn)向架修和大修4個等級。

(1)日檢。為每運(yùn)行結(jié)束后或48 h檢修，稱為一級檢修，完成動車組易損易耗部件的更換、調(diào)整和補(bǔ)充。通過人工目視和車載信息系統(tǒng)對動車組技術(shù)狀態(tài)和部分技術(shù)性能進(jìn)行檢查、檢測，處理臨時發(fā)生的故障。

(2)月檢。為每運(yùn)行3×104km或每月進(jìn)行一次，稱二級檢修。在一級檢修的基礎(chǔ)上，增加檢修項目，并通過車載信息系統(tǒng)對車上所有相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢測和性能試驗。如進(jìn)行車軸超聲波探傷、踏面修形、電氣回路絕緣檢測、牽引電動機(jī)絕緣檢測和車下電器過濾器類部件清掃除塵等專項檢修。

(3)轉(zhuǎn)向架修。每運(yùn)行45×104km或每年進(jìn)行一次，稱為三級檢修。在二級檢修項目的基礎(chǔ)上，進(jìn)行轉(zhuǎn)向架、輪對軸承、電機(jī)軸承和轉(zhuǎn)向架主要零部件的分解檢修。

(4)大修。每運(yùn)行90×104km或每3年進(jìn)行一次，稱為四級檢修。在三級檢修項目基礎(chǔ)上，對動車組各主系統(tǒng)進(jìn)行分解檢修、特性試驗，必要時進(jìn)行車體的涂裝。動車組四級檢修轉(zhuǎn)向架為：分解檢修包括牽引電動機(jī)、輪對軸箱組、轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置、油壓減振器、牽引拉桿組及軸箱彈簧組等部件。

按動車組檢修規(guī)程，CRH2型動車組運(yùn)行(45±3)×104km或1年須進(jìn)行三級檢修(以先到為準(zhǔn)，通常是里程先到)，更換軸承潤滑脂；動車組運(yùn)行到(90±10)×104km時須進(jìn)行四級檢修，更換牽引電機(jī)軸承潤滑脂或視情更換軸承。

2.2 檢修中存在的問題

由于動車組是引進(jìn)項目，檢修周期是按廠家提供的規(guī)程進(jìn)行的，而不是根據(jù)中國鐵路實際運(yùn)行條件規(guī)定檢修規(guī)程。在實施三級檢修時，對牽引電機(jī)軸承進(jìn)行分解檢查和相關(guān)試驗，發(fā)現(xiàn)軸承潤滑脂性能沒有變化，牽引電動機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)沒有異常，從運(yùn)行數(shù)據(jù)看還沒有達(dá)到檢修周期，此時如果更換牽引電機(jī)軸承潤滑脂，將延長停車時間并造成潤滑脂的浪費(fèi)。

3 試驗分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)采集

對軸承進(jìn)行耐久性試驗，分析轉(zhuǎn)速、載荷、溫度和振動等參數(shù)的影響，尋找軸承檢修的最佳周期。軸承耐久性試驗一般是在軸承試驗機(jī)[2]上進(jìn)行，模擬現(xiàn)場轉(zhuǎn)速、載荷、溫度和潤滑等工況條件，采集和監(jiān)視軸承運(yùn)行中溫度及振動的變化。試驗中主要采集軸承運(yùn)動時的轉(zhuǎn)速、溫度和振動信號，當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速一定時，溫度可作為限制準(zhǔn)則來判定軸承的轉(zhuǎn)速能力[3]。溫度過高會使?jié)櫥阅馨l(fā)生變化，以至失去潤滑作用，使軸承振動加大。因此，通過軸承的溫升和振動可以實現(xiàn)對軸承是否存在故障進(jìn)行初步判斷[4]。

3.2 試驗對比分析

對2組動車組牽引電機(jī)軸承同時進(jìn)行耐久性試驗，1#試驗軸上安裝已運(yùn)行了100×104km，拆解換脂后的軸承；2#試驗軸上安裝來自動車組三級檢修現(xiàn)場，運(yùn)行里程已達(dá)42.8×104km的軸承。試驗條件為：轉(zhuǎn)速6 000 r/min，徑向載荷2 500 N，軸向載荷2 500 N。分別采集2組軸承內(nèi)、外圈溫度和徑向、軸向振動值進(jìn)行分析。試驗機(jī)保護(hù)停車設(shè)置為：溫度80 ℃，振動50g(g=9.8 m/s2)。計劃運(yùn)行時間為1 100 h，試驗運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖1～圖3所示。

圖1 1#軸軸承溫度曲線

由圖1可知，6311軸承外圈溫度變化范圍為(44±2)℃，內(nèi)圈為(56±2)℃；NU214軸承外圈溫度變化范圍為(45±2)℃，內(nèi)圈為(56±2)℃。2套軸承外圈溫度變化范圍不超過(45±3)℃，內(nèi)圈溫度變化范圍不超過(56±2)℃，符合電動機(jī)運(yùn)行中軸承內(nèi)圈溫度高于外圈溫度的規(guī)律。整個試驗過程運(yùn)行比較平穩(wěn)，2套軸承的內(nèi)、外圈溫度曲線變化極為相似，這表明1#試驗軸上的牽引電機(jī)軸承可以繼續(xù)使用。

由圖2可知，在930 h(約32×104km)之前，6311軸承外圈溫度變化范圍為(42±3)℃，內(nèi)圈溫度為(54±2)℃；NU214軸承外圈溫度變化范圍為(41±3)℃，內(nèi)圈溫度為(54±2)℃。符合電動機(jī)運(yùn)行中軸承內(nèi)圈溫度高于外圈溫度的規(guī)律，整個試驗過程運(yùn)行中比較平穩(wěn)，2套軸承的內(nèi)、外圈溫度曲線變化很相似。但在930～1 040 h，即約運(yùn)行了110 h，6311軸承外圈溫度上升到46 ℃，內(nèi)圈溫度上升到約60 ℃，處于非正常運(yùn)行狀態(tài)。而NU214軸承運(yùn)行參數(shù)變化不大，處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 2#軸軸承溫度曲線

由圖3可知，1#試驗軸6311軸承最大振動值約為15g；NU214軸承最大振動值約為15g，運(yùn)行狀態(tài)良好。2#試驗軸在830 h(約29×104km)之前，運(yùn)行數(shù)據(jù)與1#試驗軸相似，運(yùn)行狀態(tài)良好；在830 ～1 070 h(約37.4×104km)時，6311軸承振動數(shù)據(jù)變化明顯。6311軸承830～1 000 h時，最大振動值達(dá)32g；1 000～1 070 h時，最大振動值達(dá)48g；之后振動值又迅速下降到大約15g，即處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 軸承的振動曲線

綜合圖2、圖3可以看出：2#試驗軸運(yùn)行到830 h時，6311軸承振動逐漸加大，大約在1 030 h時振動最大值接近48g， 外圈溫度接近45 ℃， 內(nèi)圈溫度接近60 ℃，但仍沒有超限(振動極限值50g、溫度極限值80 ℃)；繼續(xù)運(yùn)行約40 h后，振動、溫度又恢復(fù)正常(振動值20g以內(nèi)、溫度56 ℃)。出現(xiàn)此情況可能是外界雜質(zhì)侵入軸承或者軸承內(nèi)部有脫落物，經(jīng)過200 h(約7×104km)的運(yùn)行磨合，雜質(zhì)被擠到溝道外部或被碾碎，運(yùn)行數(shù)據(jù)又與1#試驗軸上的軸承數(shù)據(jù)相同。

從試驗曲線可以看出，換脂后的軸承運(yùn)行38.5×104km沒有故障，不換脂的軸承可能出現(xiàn)振動或溫升，但仍能繼續(xù)運(yùn)行。如果軸承不換脂繼續(xù)運(yùn)行，為提高運(yùn)行的安全性可以補(bǔ)加潤滑脂，改善軸承內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境，延長一次換脂后的行駛里程。

4 檢修規(guī)程改進(jìn)方案

從軸承壽命估算方法看，在現(xiàn)行中國鐵路運(yùn)行條件下，軸承實際載荷比設(shè)計的載荷要小很多，故牽引電機(jī)軸承使用壽命要比設(shè)計壽命長，可以適當(dāng)延長軸承的運(yùn)行里程。從牽引電機(jī)軸承耐久性試驗結(jié)果來看，軸承換脂后一次運(yùn)行100×104km是可能的。從牽引電機(jī)軸承耐久性對比試驗結(jié)果可知，軸承不換脂一次可運(yùn)行81.3×104km，且各種參數(shù)仍在安全運(yùn)行范圍之內(nèi)。

選取1臺動車組進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行跟蹤，機(jī)車在運(yùn)行到379 448 km時進(jìn)行了三級檢修，更換了牽引電機(jī)軸承潤滑脂，在密切監(jiān)視下行駛到996 945 km，進(jìn)行四級檢修，三級檢修到四級檢修之間行駛617 497 km而軸承沒有出現(xiàn)異常，說明換脂后一次運(yùn)行60×104km是可行的。

4.1 檢修方案

根據(jù)對比試驗和現(xiàn)場運(yùn)行分析，提出CRH2型動車組三級檢修由45×104km延長到60×104km，四級檢修由90×104km延長到120×104km。即檢修方案為：動車組運(yùn)行到(30±5)×104km時對牽引電機(jī)軸承進(jìn)行一次補(bǔ)脂，運(yùn)行到60×104km進(jìn)行三級檢修，換脂或更換軸承，沒有異常繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行到(90±5)×104km進(jìn)行一次補(bǔ)脂，運(yùn)行到120×104km進(jìn)行四級檢修，換脂或更換軸承，沒有異常繼續(xù)運(yùn)行。

4.2 補(bǔ)脂及操作

電機(jī)軸承換脂后，軸承內(nèi)部及端蓋都是新油脂，運(yùn)行條件與新軸承相同，使用壽命長。而軸承補(bǔ)脂后，軸承滾道及端蓋內(nèi)新、舊脂共存，運(yùn)行條件與換新脂軸承不同，補(bǔ)脂對軸承滾道與滾動體表面保護(hù)油膜有修復(fù)作用，比不加注油脂軸承運(yùn)行條件好得多。從換脂與補(bǔ)脂操作方面比較，換脂比補(bǔ)脂用時長，操作難度大；從成本方面比較，只要軸承補(bǔ)脂兩次，安全運(yùn)行相同里程后，即使檢修時更換整套軸承也要比多次換脂劃算。

動車組牽引電機(jī)軸承補(bǔ)脂，是從軸承的注油孔注脂，無需拆解電動機(jī)，在動車組定期檢修時就可以進(jìn)行，省時且操作簡單。由于油嘴在軸承的某一點(diǎn)，補(bǔ)脂時要分幾次加注以保證油脂分布均勻，補(bǔ)脂總量不變。

5 結(jié)束語

從動車組牽引電機(jī)軸承檢修規(guī)程可以看出，必須制定出適合國內(nèi)動車組運(yùn)行條件的檢修規(guī)程，應(yīng)逐漸加大對CRH2型動車組牽引電機(jī)軸承的試驗力度，掌握牽引電機(jī)軸承運(yùn)行不同里程數(shù)時軸承及其潤滑脂的變化情況，獲得使用不同油脂的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為不同車型、不同線路、不同油脂的動車組牽引電機(jī)軸承檢修提供可靠的數(shù)據(jù)支持。