地铁车辆轴箱轴承故障分析及预防

地铁车辆轴箱轴承故障分析及预防

何荣

兰州市轨道交通有限公司甘肃兰州730000

摘要：有效预防和减少轴箱轴承故障的发生，做好列车轴箱轴承的合理检修和科学管理，保证地铁列车轴箱轴承质量的有序可控具有重要意义。本文主要介绍了地铁车辆转向架轴箱所用轴承形式、结构原理，对轴承故障现象进行了梳理，分析了故障发生的原因，研究了轴箱轴承故障变化趋势、外在现象以及对运营的影响程度，并针对轴箱故障提出了预防检修思路。

关键词：轴箱；轴承；保持架；润滑

引言：本文通过对某市地铁１号线车辆近期发生的轴箱轴承故障进行原因调查及分析，研究轴承故障变化趋势和具体现象，探讨预防轴箱轴承故障的运转监控方法，为其他线路车辆轴箱轴承运转监控、故障预防提供借鉴思路。

1地铁车辆轴承故障分析

1.1故障发现及判定

1.1.1轴箱异常

车辆正线运行时，轴箱出现周期性振动和异响，随车辆运行速度频率升高或降低。

1.1.2开盖检查油脂

将疑似故障轴箱开盖检查，发现靠轴端部轴承端面渗出大量黑色油脂，且油脂硬化呈块状，与其他位置对比差异明显。同时对渗出油脂进行称重，质量达到25ｇ，接近厂家给出的可保证轴承正常运行的最大渗出量。

1.1.3跑合测试

使用不落轮旋床对故障轮对跑合45ｍｉｎ，发现故障轴箱振动很大，内部伴有滚子撞击声音，故障轴箱端温升相对另一侧温升高12℃。2.1.4轴箱拆解对故障轴箱轴承拆解，发现内部保持架完全断裂。

1.2排查统计

鉴于上述发现首起轴箱轴承故障，后续现场加大了对轴箱状态盯控，又发现了4起同类故障，其内部轴承保持架均有不同程度的损坏，保持架轻则磨损重则断裂。统计运行里程均发生在45万ｋｍ左右。

1.3拆解检验选取

1.3.1外观检查

通过拆解，发现轴承其中一侧防尘盖内油脂稀少、缺失，保持架窗梁完全碎裂，内锁口磨损严重；轴承内外圈滚道、滚子表面变色，局部有擦痕，说明滚子与滚道之间存在异常磨损，轴承已处于润滑不良状态。

1.3.2尺寸检验

（１）对轴承外圈、内圈、滚子进行基本尺寸（外径、内径及宽度）测量，测量结果无明显异常，轴承外形尺寸较好。（２）对轴承外圈、内圈进行圆度检验，测量值分别为3.70μｍ、1.57μｍ；本项目轴承内外圈直径分别为150ｍｍ、176ｍｍ，核查ＣＳＢＴＳＴＣ９８．３６—１９９７《滚动轴承零件圆柱滚子轴承套圈滚道圆度公差》标准规定内外圈滚道圆度公差不超过4.0μｍ，测量结果满足标准要求，但外圈圆度值接近标准规定限值。

1.3.3润滑脂元素分析

对润滑脂进行Ｘ射线荧光元素分析，润滑脂铁元素的含量为0.3858％。这与之前外观检查发现的轴承表面有擦伤有一定关系。

1.3.4保持架材料检验

使用红外光谱图分析，保持架材料的主成分为聚酰胺66，测其熔点为262.6℃，这与轴承厂家提供的材料成分一致。尼龙保持架通常在－４０～＋８０℃温度范围内才能保持长期稳态，如遇到轴承发热，则可导致保持架发生热变形，造成材料老化。

2地铁车辆轴箱轴承故障原因

2.1投入运转中的异常振动

车辆轮对在线路运行时受外部环境影响，会出现多种工况的振动，如轨道平直度、道岔过渡质量、车轮踏面径向跳动偏差及局部凹陷等。车辆在行驶过程中如受到异常振动，会通过车轮将振动传递给轴承，使滚子与保持架窗梁之间发生冲击，导致保持架发生断裂。其中车轮踏面径向跳动偏差超差及局部凹陷产生的振动对保持架断裂影响更大。

2.2保持架强度不够，抗冲击能力差

轴承设计时，滚子与保持架窗梁之间留有间隙，轴承运转时，会出现适量的冲击。当车辆加速或减速时，冲击力会增大。当冲击力达到一定数值时，保持架窗梁和端圈处会产生疲劳裂纹并逐渐扩展直至发生断裂，当冲击力超过保持架强度时，保持架会直接发生断裂。

2.3压装质量不良导致后续运用故障

轴承采用整体冷压装，压装过程要求压装面与车轴中心线保持垂直。若压装工装调整不到位导致压装面与车轴中心线出现垂直偏差，可对轴承内部造成损伤，导致后续运用故障。

3地铁车辆轴箱轴承故障预防对策

3.1轴承故障变化规律

设备机械部件发生故障是一个由量变到质变的过程。轴承故障也是一样，一般情况下要经过振动、噪声、发热、失效这４个状态。当轴承发生故障，首先表现在运转时产生振动，内部冲击变大，并逐渐出现异常噪声及异常磨损；机械部件异常磨损又会导致轴承温度上升，轴承发热，内部润滑油由于温度上升出现润滑性能下降，反过来影响润滑质量，导致异常磨耗加剧，如此恶性循环直至失效。将上述轴承变化规律与之前故障轴承尺寸检验结果综合分析可知，被调查的故障轴承已经出现了异常振动和轻度噪声，而轴承内外圈和滚子圆度出现轻微失圆（未超标），温升也未出现过高现象，则说明故障轴承正处于噪声至异常发热的阶段，并即将进入第３、４阶段，轴承可靠状态将在短短数周内急剧下降，安全风险急剧增大，最终失效发生燃轴现象[1]。因此，可判定本次轴承故障发现得较为及时，在故障发生的中前期进行了处理，有效地避免了安全隐患。

3.2地铁车辆轴箱轴承故障应对措施

3.2.1轴箱轴承装车前

需重点对轴箱轴承质量、组装工艺过程、组装设备状态、质量把控以及操作人员资质等环节进行核实，确保整个过程符合规定要求，从而保证产品质量。

3.2.2轴箱轴承装车后

（1）定期动态巡查线路。通过人体切身感受车辆是否存在异常振动和异响。（2）车轮踏面数据精准测量和外观检查。由于车轮踏面径向跳动和局部凹陷会导致该现象，因此要重视车轮踏面径向跳动和局部凹陷，发现异响时，首先通过不落轮旋床测量轮对尺寸，超差者应对轮对进行旋修[2]。（３）实行库内接车听音。安排相关人员在库内接送车时采用听音方式对疑似轴承故障跟踪确认，出现滚子碰撞的金属声的需要重点盯控。（４）回库停车观察温度。对所有车辆轴箱采取点温或观察试纸温度并记录，通过对轴箱温度差异进行分析，做好故障排查，对出现轴箱温差超过限值的车辆进行重点跟踪。（５）库内开盖检查。通过上述1、2、3、4步骤后，对出现疑似问题的轴承，采取打开轴箱端盖，检查油脂泄漏量和硬化程度。（６）更换故障轴承。如最终确认为轴承存在损坏问题，应及时对故障轴承退卸、拆解并更换新件，全面保障正线运营质量。与此同时要求厂家调查原因。此外，还可利用专业监测设备进行轴箱轴承的状态监测，如离线监测设备：动平衡仪、测振仪、测温仪和噪声测量仪等[3]。在车辆运行过程中进行定期（或连续）的监测和故障诊断，判定轴承目前的状态及未来的发展趋势。基于此制定维修计划，确定其应修理的时间、内容、方式。

结束语：

综上所述，本文通过对某市地铁车辆轴箱轴承故障的调查分析，梳理出导致轴箱轴承故障的原因，故障因涉及产品质量、安装工艺、使用环境等方面。并将这些原因和故障变化规律结合起来，提出了从盯控振动、噪声、发热等因素的变化来提前预防此类故障的思路，从装车前产品检验、组装质量、线路使用环境以及日常维保跟踪等方面提出了轴承故障应对的系统性方案，来保证地铁车辆及线路运行的安全性与可靠性。

参考文献：

[1]刘国云,曾京,罗仁,高浩.轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析[J].振动与冲击,2016,35(09):37-42+51.

[2]张翼,肖强.广州地铁直线电机车辆轴箱轴承运用分析[J].轨道交通装备与技术,2017(05):20-23.

[3]丁亚琦,沈豪,陈朝,余佑民.上海地铁车辆轴箱轴承故障分析及预防措施[J].电力机车与城轨车辆,2014,37(04):90-92.