淺論鐵路貨車滾動(dòng)軸承塑鋼保持架與金屬保持架之間的比較優(yōu)勢(shì)

李振東

摘要：鐵路貨車滾動(dòng)軸承保持架傳統(tǒng)上采用低碳鋼、鋁合金或黃銅等金屬材料經(jīng)過(guò)機(jī)械加工而成，隨著高性能工程塑料的發(fā)展，工程塑料保持架已廣泛運(yùn)用于軸承上。本文就從兩種保持架在生產(chǎn)加工、自身重量、耐腐蝕性能、自潤(rùn)滑性、耐摩耗性、提高疲勞強(qiáng)度、安全性、方便組裝易檢修等方面進(jìn)行比較，讓綜合性能更優(yōu)的產(chǎn)品呈現(xiàn)在大家面前。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車滾動(dòng)軸承；塑鋼保持架；金屬保持架；比較優(yōu)勢(shì)

1.生產(chǎn)加工：

①塑鋼保持架原材料采用的是添加了25%玻璃纖維增強(qiáng)尼龍（也被稱為玻纖強(qiáng)化尼龍66）的塑料顆粒，在一定工作溫度下加熱熔融后采用螺桿式注射器和注塑模具成型。注塑成型是熱塑性塑料成型中應(yīng)用最廣泛的一種清潔加工方法，其具有生產(chǎn)周期短、能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確的塑料制品等特點(diǎn)，因此是一種既經(jīng)濟(jì)又先進(jìn)的成型技術(shù)，生產(chǎn)過(guò)程清潔、安全、環(huán)保。

②最為常見的鋼保持架是通過(guò)沖壓模具和剪板機(jī)、沖床、車床等設(shè)備把低碳鋼板加工成保持架，其生產(chǎn)工序一般包括：剪板、落料、初形、成形、沖工藝孔、沖窗孔、沖底孔、壓坡、擴(kuò)張、車邊、光拭震動(dòng)或熱處理去應(yīng)力、磷化等。剪板和沖壓生產(chǎn)中噪聲和危險(xiǎn)性大，磷化過(guò)程中產(chǎn)生有污染的工業(yè)廢水和廢氣，不利于員工職業(yè)健康和安全，也不利于環(huán)境保護(hù)。

③通過(guò)對(duì)比很容易看出前者加工工序簡(jiǎn)單，加工精度高對(duì)環(huán)境不造成污染對(duì)工人不產(chǎn)生傷害，在生產(chǎn)加工方面的優(yōu)勢(shì)顯而易見。

2.自身重量：

塑鋼保持架使用材料為塑料，其中為了增加強(qiáng)度和韌性添加了一定量的玻璃纖維。塑料的密度極低因此自身重量非常輕，一副352226X2-2RZ型軸承塑鋼保持架的重量大約為160克左右，353130B型軸承塑鋼保持架的重量大約為194克左右。

鋼保持架采用的是3mm厚的低碳鋼板，經(jīng)沖、剪等繁雜工序而成形，鋼材密度較塑料密度要大許多，一副鋼保持架的重量約在一千二百克左右。

①160克～194克左右的塑鋼保持架和一千多克的鋼保持架相比重量?jī)?yōu)勢(shì)不言而喻。由于材質(zhì)輕，那么前者就擁有了更高的低慣性優(yōu)勢(shì)，有利于提高軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

3.耐腐蝕性能：

①塑鋼保持架采用的是尼龍66，該材料為半透明或不透明的乳白色、結(jié)晶樹脂，在較寬的溫度范圍內(nèi)有較高的強(qiáng)度、韌性、剛性，耐蠕變、耐疲勞、耐磨、自潤(rùn)滑性能優(yōu)良、耐油、耐脂類等有機(jī)溶劑。

②鋼保持架對(duì)于脂類的抗腐蝕能力較弱，在復(fù)雜環(huán)境下，低碳鋼抗氧化、耐高溫能力差，常會(huì)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，降低保持架的強(qiáng)度和韌性，在受到強(qiáng)烈軌道沖擊的情況之下，誘發(fā)隱藏缺陷可能會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。

③塑鋼保持架耐油、耐水的特性，與鋼保持架比較更有優(yōu)勢(shì)，能夠有效延長(zhǎng)軸承的使用壽命，降低使用成本。

4.自潤(rùn)滑性：

所謂自潤(rùn)滑性指的是，具有自潤(rùn)滑性能的高聚物材料，即用它作為摩擦偶件時(shí)不需外加潤(rùn)滑劑，在相對(duì)摩擦?xí)r能表現(xiàn)出低摩擦和低磨損性能的材料。具有自潤(rùn)滑性能的材料，一般稱自潤(rùn)滑材料。

①塑鋼保持架就具有良好的自潤(rùn)滑性和低摩擦系數(shù)。材料摩擦系數(shù)低，使軸承組件間保持極低的摩擦力，軸承發(fā)熱和磨損保持最低水平；塑料的自潤(rùn)滑性使軸承在缺乏潤(rùn)滑劑的條件下，塑鋼保持架也具有優(yōu)異的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，使軸承能繼續(xù)工作一段時(shí)間也不會(huì)卡死，解決了鋼保持架裂損引發(fā)的短時(shí)間熱切軸問(wèn)題。

②金屬保持架無(wú)論鋼、鋁、銅都沒有塑鋼保持架這么好的自潤(rùn)滑性能，僅依靠軸承的潤(rùn)滑脂提供潤(rùn)滑保護(hù)，當(dāng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承因漏脂導(dǎo)致油脂不足或是沒油，軸承溫度便急劇升高，發(fā)生因卡死造成的燃切軸事故。

③綜上可見塑鋼保持架的自潤(rùn)滑性能對(duì)于保證軸承高速環(huán)境下的安全運(yùn)轉(zhuǎn)起到了十分重要的保護(hù)作用。

5.耐摩耗性：

①塑鋼保持架由于對(duì)滾動(dòng)體的摩擦低于金屬保持架對(duì)鋼球的摩擦，因此不會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)潤(rùn)滑脂老化的鋼鐵磨耗粉末，減少了對(duì)內(nèi)外圈滾道以及滾珠的磨損，可提高潤(rùn)滑脂壽命，有利于長(zhǎng)期免維修。

②金屬保持架由于自身硬度高，當(dāng)軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)與滾子間相互摩擦后產(chǎn)生的細(xì)小粉末混合在潤(rùn)滑脂中，與滾珠及內(nèi)外圈滾道面之間不斷長(zhǎng)時(shí)間滾壓摩擦，將導(dǎo)致環(huán)形條紋、剝離、碾皮等嚴(yán)重軸承缺陷產(chǎn)生，大大降低軸承的使用壽命，提高車輛的維修成本，增大車輛在線路運(yùn)行時(shí)的危險(xiǎn)系數(shù)。

6.提高疲勞強(qiáng)度：

①當(dāng)塑鋼保持架的主材尼龍66中添加入玻璃纖維、增韌劑、增塑劑、熱穩(wěn)定劑后，其材料力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐老化性能、耐疲勞強(qiáng)度都有明顯提高。具有下列特性：

⑴有力的保護(hù)保持架抵抗苛刻條件下的脆化和機(jī)械性能過(guò)早下降。

⑵在150℃下提供長(zhǎng)期穩(wěn)定性；

⑶在酸、堿性條件下極大地改善抗水解性能；

⑷非常有效的抵抗熱的油、脂肪的腐蝕；

⑸在加工過(guò)程中有效的保護(hù)尼龍不降解；

⑹非常好的兼容性，耐萃取性優(yōu)異。

②低碳鋼材料保持架會(huì)因腐蝕介質(zhì)以及工作溫度的變化而產(chǎn)生疲勞源，從而降低其抗疲勞性能。如在腐蝕介質(zhì)中工作，由于潤(rùn)滑脂使用過(guò)久會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)又或是冷熱溫差變化油脂中有凝結(jié)水形成，在保持架表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕及表面晶界腐蝕形成的疲勞源。在應(yīng)力作用以及重載或軌道沖擊的作用下就逐步擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。

③塑鋼保持架依靠其自身的耐腐蝕能力與耐溫變能力在抗疲勞性能方面更優(yōu)于后者。

7.安全性：

①塑鋼保持架添加玻璃纖維增強(qiáng)后，機(jī)械強(qiáng)度和剛性提高2倍以上，耐磨性更好，熱變形溫度提高到240℃以上，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)到120℃，吸濕性和模塑收縮率大為下降，使之加工精度獲得極大提升。使保持架具有了較高的強(qiáng)度、韌性，材料通過(guò)自身的微小變形，能夠吸收外界的震動(dòng)和沖擊力量，減少了破損和裂損的發(fā)生概率。且自身具有的良好抗化學(xué)腐蝕性與自潤(rùn)滑性能能確保其長(zhǎng)時(shí)間在潤(rùn)滑介質(zhì)中工作，并且耐磨損維持滾動(dòng)體長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。加之溫度適用性好，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，保持架在較高溫度環(huán)境中工作，還能保持高強(qiáng)度高韌性，避免了因熱脹冷縮導(dǎo)致的軸承卡滯現(xiàn)象發(fā)生，從而有效降低熱軸事故的發(fā)生，對(duì)于保障車輛安全平穩(wěn)運(yùn)行起到了十分重要的作用。

②鋼保持架耐腐蝕性能低，當(dāng)其表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕會(huì)有疲勞源產(chǎn)生，在應(yīng)力作用以及重載或軌道沖擊的作用下就會(huì)逐步擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。其次，又因自身硬度高會(huì)增加與滾子接觸面的摩擦系數(shù)，所產(chǎn)生的微小磨耗粉末混合在潤(rùn)滑脂內(nèi)，在滾道面之間經(jīng)反復(fù)的滾壓，也會(huì)傷及滾子與內(nèi)外圈滾道面，繼而出現(xiàn)環(huán)形條紋、剝離、碾皮等嚴(yán)重缺陷，造成車輛運(yùn)行事故發(fā)生。

③由上可見，塑鋼保持架在安全性能方面比鋼保持架更勝一籌。

8.方便組裝易檢修：

①塑鋼保持架因具有高韌性換裝新品更加方便，且在不損傷保持架的情況下僅在特定位子取出滾珠便可對(duì)內(nèi)圈內(nèi)滾道進(jìn)行外觀檢查，更加直觀的發(fā)現(xiàn)軸承零部件缺陷，對(duì)于軸承缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)有著重要意義。

②相對(duì)于塑鋼保持架易換裝易檢修的優(yōu)點(diǎn)，鋼保持架劣勢(shì)十分明顯。后者在軸承一般檢修過(guò)程中根本無(wú)法換裝，一旦有問(wèn)題只能交由制造廠家使用大型專用設(shè)備更換，并且無(wú)法將滾珠無(wú)損取出，內(nèi)圈滾道面缺陷不能直觀發(fā)現(xiàn)，這會(huì)給產(chǎn)品檢修質(zhì)量埋下重大安全隱患。

結(jié) 論：

綜合上述8點(diǎn)展開的分析比較，可以看到塑鋼材質(zhì)都有著顯著優(yōu)勢(shì)，貨車軸承鋼保持架被塑鋼保持架完全取代是無(wú)可避免的。隨著新材料、新工藝的不斷發(fā)展創(chuàng)新，或許在不太久遠(yuǎn)的將來(lái)，更多的軸承附件甚至軸承本身都可能不再使用金屬材料而是被重量更輕、強(qiáng)度更高、耐沖擊力、耐腐蝕能力更強(qiáng)的新復(fù)合材料所取代。那時(shí)鐵路車輛運(yùn)行速度會(huì)更快、更平穩(wěn)，生產(chǎn)制造效率大副提高維修成本降低，產(chǎn)生更多社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵路貨車輪軸技術(shù)概論

[2]金屬材料的斷裂與疲勞 北京：中國(guó)鐵道出版社

[3]軸承工程塑料保持架的制造與應(yīng)用 工程塑料應(yīng)用編輯委員會(huì)

（作者單位：中車長(zhǎng)江公司）