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货车转向架滚动轴承剥离的原因分析及建议

2013-03-15

　　随着铁路运输业的发展，货物列车提速重载增加了轴承负载量，导致轴承故障增加，缺陷程度日趋严重，危及行车安全。因此，提高轴承质量成为亟待解决的问题。
　　1　问题的提出
　　剥离是货车滚动轴承Z主要的故障现象。为提高货车转向架滚动轴承运行质量，非常有必要分析剥离形成的原因，制定相应的改进措施。
　　2　原因分析
　　2.1 轴承存在质量缺陷
　　2.1.1 热处理不当
　　滚动轴承的外圈、内圈表面硬度较高，它承载能力强、变形较小，不易出现剥离现象。但在制造过程中，加热不足、冷却不良、淬火处理不到位等原因就会造成轴承内圈、外圈表面硬度不均匀，使其表面的耐磨性和疲劳强度不一致，这种情况下易造成剥离现象。
　　2.1.2 轴承存在表面缺陷
　　轴承的内圈、外圈、滚子存在表面缺陷，例如表面存在夹渣、气泡，特别是表层较浅部位的气泡，在轴承承受载荷运转过程中，气泡呈增大趋势，突破表层时就形成凹坑。如果存在夹渣，在滚道较深处易出现疲劳失效的现象，这种夹渣处也是疲劳失效的主要部位，易造成应力集中，在长期的接触应力作用下，出现剥离现象。
　　2.1.3 加工精度不合格
　　轴承内圈、外圈、滚子表面加工精度未达到工艺标准，会出现应力集中，易出现早期剥离现象。
　　2.2 超载、偏载
　　货车滚动轴承一般为圆锥滚子轴承，滚子与轴向有一个角度，即使受到纯径向载荷作用时，也会产生轴向力。当列车在超载与偏载的情况下，轴承所承受的径向负荷过大，滚子、外圈都受到脉动循环作用力，同时，也承受过大的轴向力，轴承滚动体和内、外圈滚道面上均承受周期性载荷的作用，从而产生周期变化的接触应力，当应力达到一定程度的时候，在滚动体或内、外圈滚道的表层产生塑性变形，Z后在工作表面出现细微的裂纹，直至形成麻点剥落。
　　2.3 润滑不良
　　润滑脂可以在滚动表面形成强度较高的动压膜，能承受较大的载荷，而且能起到密封作用。一般轴承注油量是在能保证充分润滑的前提下较少为宜。适量的注油可以减少摩擦、延长疲劳寿命、排出摩擦热，也能防止杂质进入轴承。如果注脂量过少，就会造成缺脂或干摩擦，使内圈、外圈、滚子之间产生过度磨损，轴承温度升高；注脂量过多时，润滑脂填满所有缝隙，轴承的散热效果差，也会使轴承温度升高。如果润滑脂长期处于高温状态，润滑脂变稀，破坏动压油膜，经过高速重载运行后，加速轴承零件材质变化，硬度下降，易造成剥离。润滑脂的主要性能指标是锥入度与滴点，如果润滑脂的锥入度比规定要求的值小，那么润滑脂承受极压的能力就小，这样就会造成滚道与滚子的过度磨损；如果润滑脂的滴点比规定要求的值小，就易造成润滑脂变稀，油膜强度变小，易造成甩油及滚道与滚子的过度磨损，这2种情况都易造成轴承剥离。
　　2.4 轴向游隙不符合规定
　　轴向游隙的大小对轴承的疲劳寿命、温升等都有很大影响，在工艺条件与运行条件允许的情况下，游隙应接近下限。如轴向游隙过小，当列车通过弯道时，滚子与外圈、滚子与保持架受力不均匀，在轴承有限滚道区域内进行挤压，使零件承受过大的载荷作用，造成发热、剥离。
　　2.5 踏面剥离、擦伤
　　列车在运行过程中，如果轮对踏面剥离、擦伤超过规定限度时，车轮的形状发生变化，正常运动轨迹也发生变化，车轮上本来的弧面变成了平面。当缺陷处与钢轨接触时，车轮轴心向下急落，之后随着车轮的转动，缺陷与钢轨分离时，车轮轴心又急剧向上运动，这个过程当中车轮在竖直方向上的动量会在极短的时间内发生巨大的变化，产生巨大的冲量，使内圈与滚子、外圈与滚子之间承受很大的循环脉动载荷作用。
　　例如车轮所受冲量为S，则S=mvl/r，其中r为轮对滚动圆半径，l为缺陷的长度，m为车轮质量，v为列车运行速度。同时S＝Ft，即F＝S/t，F为冲击力，t为时间，其值很小，变化也不大。当车轮踏面产生擦伤、剥离时，l越大，冲量S越大，冲击力F也就越大。由于滚子的硬度比滚道大，应力集中就直接作用在滚道上，长时间承受过大的负荷，就会使接触疲劳加剧。
　　2.6 保持架裂损、电蚀
　　常用的塑钢保持架材质强度低，受力结构尺寸小，或棱角处应力集中，极易在大端面与横梁相交处造成裂损。裂损后滚子将失去定位支撑，运行中就会造成滚子间相互碰撞磨损，产生高温，长时间高速运行易造成剥离。当电流通过轴承时，内圈与外圈间存在电压差，电流击穿油膜放电，造成滚动面局部熔融或凹凸现象。电蚀部位金属材质发生变化，硬度降低，且易产生应力集中，长时间运行将造成剥离。
　　2.7 其他原因
　　轴承前盖后挡松动、密封罩松动、油封破损松动，都会造成水和杂质进入滚动区域，滚道、滚子表面易出现锈蚀，工作表面的粗糙度下降，造成锈蚀部位的应力集中，造成剥离现象。
　　3　建议
　　（1）提高轴承热处理工艺、渗碳工艺质量，使工作表面各种成分分布均匀；内、外圈滚道表面的硬度要匹配。对轴承钢强度进行检测，避免钢材中出现非金属夹杂物，减少应力集中。保持架在冲压成型过程中，在窗梁间存在残余拉应力时进行回火处理，消除窗梁拐角处应力集中。
　　（2）对新采购的轴承Ⅳ型润滑脂进行锥入度、水分、钢网分油、滴点、相似粘度、杂质含量等性能指标的检验，特别是锥入度与滴点必须符合工艺标准的要求。严格控制轴承的注油量、匀脂工艺。
　　（3）改进轴承注油装置的动力部分，因为大部分注油机的动力部分是由风压控制，轴承在组装后注油时，如果油水分离器作用不良，风压本身存在的水汽会随油脂一起注入到轴承中。另外，轴承在组装以前须进行清洗、烘干或脱水处理，如果烘干不彻底，也会造成轴承脂混水。
　　（4）加大120阀的改造力度，实现列车制动波速基本一致，以免出现轮轨间的滑动而造成踏面擦伤，从而产生过大的冲击力。
　　（5）车辆检修电焊作业时，应接专用地线，否则可能造成轴承通过电流，使轴承零部件产生电蚀。
　　（6）轴承探伤后，各部件须进行剩磁检测。如果剩磁超标，会影响检测仪器灵敏度，也会吸附铁屑或铁磁性粉末，进入轴承滚动区就会造成轴承磨损。轴承剥离按照故障性质属于疲劳型，形成的主要原因是材质疲劳、加工工艺不当、超偏载、较大的冲击力等。不断提高滚动轴承的制造工艺、检修质量、组装质量及故障诊断手段，是解决问题的关键所在。

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