CRH3C型动车组转向架轴箱轴承失效原因分析及新型结构研究

摘要：CRH3C型动车组在高速运行过程中，由于轴承密封结构存在设计缺陷，易造成轴承油脂大量流失，最终导致轴承油脂偏少，润滑不良；高速运转缺油的轴承难以形成有效的润滑油膜，线路较大的冲击和振动导致轴承剥离失效;当轴承运行里程超过80万公里时，轴承的运行状态会逐渐恶化，存在运行安全隐患。新结构轴箱轴承与原结构相比，改进密封防尘罩结构，增加迷宫结构，在轴承中间增加注油孔，同时使用L055油脂，增加油脂温度工作范围及粘度，避免油脂的大量流失。

关键词：轴承失效；密封结构缺陷；迷宫结构；油脂温度工作范围；油脂粘度

引言

CRH3C型动车组为引进德国西门子技术生产的时速300公里速度级高速动车组。该动车组为8辆4动4拖编组，牵引总功率为8800kW。CRH3C型动车组自2008年起先后在京津、武广和沪宁等线路投入运用。

CRH3C转向架轴箱轴承采用舍弗勒公司提供的02版轴承，轴承代号：F-807811.02.TAROL130×240-B-TVP。裝车运用的CRH3C型动车组转向架轴箱轴承总数量为5120套。

CRH3C型动车组在运用中共发生轴箱轴承故障52起，分为三类：一是轴温升高，共34起，其中轴承外圈滚道剥离14起，轴承滚道未剥离14起，未确认6起；二是热轴预警，共10起，其中轴承外圈滚道剥离7起，轴承滚道未剥离3起；三是滚动异响，共8起，其中轴承外圈滚道剥离4起，轴承滚道未剥离4起。本文将就CRH3C转向架轴箱轴承故障原因进行分析，并对新型轴箱轴承结构进行介绍。

1.原因分析

1.1故障轴承分解检查情况分析

针对运用中轴承存在异常温升和异响故障，通过对轴承拆解检查，检查中发现故障轴承存在外圈滚道剥离、滚子剥离、锈蚀、变色、滚子端面磨痕、滚道油膜缺失、内圈滚道凹痕、轴承防尘罩脱出、轴端甩油等问题。

1.2轴箱轴承理化分析

对上述故障轴承进行理化分析发现大部分轴承都不同程度存在异常磨损、滚道剥离，剥离区域局部放大观察可见疲劳扩展特征，轴承油脂量偏少且轴承锥入度值大小不一，但轴承外圈、内侧内圈和内侧滚子的硬度、金相组织、非金属夹杂物等项指标均在正常范围。

1.3轴箱轴承走行里程分析

对轴箱轴承在武广和京津客运专线不同运用里程时发生的故障情况进行统计分析如下：分解检查的25件剥离故障轴承中，剥离故障发生时的最低运用里程为63万公里，最高运用里程为118.9万公里。不同运用里程故障情况统计见图1-1。

图1-1轴承剥离与运用里程关系统计图

可见运行公里数超80万公里时，故障总比例为84%，故障发生率最高。

1.4 轴承结构分析

CRH3C轴箱轴承由舍弗勒公司提供，为自密封、自带润滑脂圆锥滚子轴承单元。轴承规格：130×240×160，轴承为120万公里免维护，免注脂，新轴承注脂量为240±10g，轴承代号：F-807811.02.TAROL130×240-B-TVP。油脂型号为油脂型号L218，防尘罩与内圈的间隙为0-0.6mm。

由于采用圆锥滚子轴承，润滑脂易向密封罩和中隔圈处堆积，密封罩结构较为简单，锁定油脂能力较差，在车组的长时间运行过程中，造成油脂的大量流失。

1.5现场轴承检查分析

结合动车所十万公里空心轴探伤，打开轴端检查轴承表面状态，轴承端面普遍存在甩油现象。2012年2月23日，在北京动车段结合M修，抽检CRH3009列轴承状态，CRH3009总运行里程99万公里，M1修后运行6万公里，对1车2轴、2车2轴、6车4轴、7车1轴、8车1轴共7个轴端开盖检查润滑脂泄漏情况，发现润滑脂泄漏情况普遍且明显，每个轴端外侧的润滑脂泄漏量在2克至12克之间。

2.故障结论

轴承本身密封结构存在设计缺陷，密封不良，油脂的锁定能力较差，易造成轴承油脂大量流失，最终导致轴承油脂偏少，轴承润滑不良，高速运转缺油的轴承难以形成有效的润滑油膜，线路较大的冲击和振动导致轴承剥离失效，且当运行公里数超过80万公里时，轴承的运行状态将会逐渐恶化，存在运行安全隐患。

3.措施及建议

采用新结构轴承，轴承结构为F-807811.09，与原结构相比，改进防尘罩结构，增加类似迷宫结构，在轴承中间增加注油孔，同时改进轴承油脂，使用L055油脂，改进油脂工作范围及粘度，使轴承锁定油脂能力增强（不同的密封结构及油脂，溢出油脂量不同，这点在后续的运用分析中可以证明），避免油脂的大量流失，L055与L218油参数对比如表1；轴承钢在原真空脱气冶炼工艺的基础上增加了氩气保护电渣重熔工艺；在外圈中部增加3个均布M10注脂孔和密封堵；轴承内、外圈均进行了锌基磷化工艺处理。

表1

序号 型号 油脂使用温度范围 油脂粘度(40℃)mm2/s 密度(Kg/dm3)

1 L218 -30～140℃ 40 约0.9

2 L055 -40～140℃ 82 0.9

4.实验结果

2012年根据铁道部文件要求，在CRH3078C列5-8号车上安装32套新结构轴承，1-4号车上安装32套原结构轴承，截止2013年7月19日，FAG新结构轴承运用考核车组CRH3078C车组已运用553814公里，经历6个M1修。轴承运用漏脂记录与原结构FAG轴承对比，原结构的FAG轴承油脂泄露量明显高于新结构轴承，通过建监控这段时间内的轴承运用状态温度情况（根据现阶段西门子软件逻辑判断），没有发生轴温升高、轴温预警、轴承异响等故障，这表明新结构轴承运行效果明前强于原结构轴承。

5.参考文献

[1] 梅宏斌.滚动轴承振动检测与诊断理论.方法.系统.[M].机械工业出版社，1996

[2] 李国华，张永忠.机械故障诊断[M].北学工业出版社，1999

6. 作者简介

王士强（1987－）,男，助理工程师,本科生，主要从事转向架方面的研究。