铁路货车轴承试验技术

尹福刚，王洪利

（瓦房店轴承集团有限责任公司 国家大型轴承工程技术研究中心，辽宁 瓦房店116300）

铁路货车轴承试验技术

尹福刚，王洪利

（瓦房店轴承集团有限责任公司 国家大型轴承工程技术研究中心，辽宁 瓦房店116300）

介绍了铁路货车轴承试验技术，讲述了铁路货车轴承试验机原理和应用该试验机进行轴承试验的方法。从试验方案编制到试验结果分析，讲述大轴重铁路货车轴承试验方法，实现了重载铁路货车轴承高可靠性、长寿命的试验室验证。

铁路货车轴承；试验技术；试验机；径向加载；轴向加载

1 前言

当前世界铁路运输发展呈现着两大趋势，即“客运高速”和“货运重载”，这是世界铁路运输发展的方向。随着时代的进步和科学技术的发展，高科技在铁路运输中的应用日益普遍。

2010年原铁道部立项开展了 “30t轴重货车车轴、车轮及轴承关键技术”课题研究，同时该课题也是在科技部“863”、“973”计划支持下开展的研究项目。轴承作为重载铁路货车走行安全的关键零部件，其设计、制造工艺、应用维护水平直接影响着铁路货运的安全。轴承的设计和制造能否达到使用要求，需要试验验证，因此进行铁路货车轴承试验技术研究，实现重载铁路货车高可靠性、长寿命的试验室验证。

2 铁路货车轴承试验机

2.1 设备参数

铁路轴承试验机允许试验轴承尺寸范围：最小内径φ130mm，最大外径φ300mm，最大轴承宽度210mm，最高允许转速1 100r/min,最大径向加载250kN,最大轴向加载100kN。

2.2 试验机组成及工作原理

该试验机由机体、驱动组件、加载组件、试验主轴及工装组件、液压系统、润滑系统和电气控制系统、试验数据采集和分析组件等部分组成。驱动组件采用电机三角带驱动，并由涨紧套连接大带轮，便于调整。主轴转速由45kW变频电机调速控制，试验转速最高可以达到1 100r/ min，相当车速180km/h。该试验机主要用于重载铁路轴承性能及寿命试验。

试验机简图见图 1。试验机加载组件由径向和轴向加载两部分组成，径向加载通过油缸、杠杆及连杆，把力作用在承载鞍的两侧上。轴向加载利用一个液压缸，通过双导杆实现两个被试轴承左右两个方向的加载要求。液压缸前腔进油时，被试轴承受拉；液压缸后腔进油时，被试轴承受压。轴的两端两个被试轴承所受的拉力或压力同时作用在轴上，大小相等，方向相反。因此，工作轴承不承受轴向力。

加载力由力传感器检测并反馈到试验机控制系统，力值大小由液压系统比例电磁阀调整，实现载荷闭环控制。试验机主轴及工装组件包括试验轴承、陪试轴承及主轴上安装的零部件等，根据试验轴承的结构和试验加载形式设计相应零部件。液压系统由高压柱塞泵、高精度比例调压阀、蓄能器等组成，径向、轴向压力分别调控，由试验机控制系统根据设定的试验方案自动调整工作压力。

润滑系统为轴承试验组件提供主动稀油润滑，自动控制油温、油量。

电气控制系统由计算机测控系统和电源供电系统组成，计算机测控系统（见图 2）集中控制试验机动作和加载，载荷和转速采用闭环控制方法，见图 3、图 4，采集、处理、记录试验数据，按照试验方案要求自动控制试验进程，试验中出现异常问题自动报警、停机。试验数据采集和分析组件包括温度传感器、振动加速度传感器、数据处理软件等，试验过程中自动采集、记录轴承温度、振动值等参数，对采集到的数据实时处理，生成试验数据处理报告。

3 铁路货车轴承试验

3.1 试验类型

铁路货车轴承试验分为台架热性能试验、台架耐久性能试验等。热性能试验依据的标准为TB/T 3000-2000《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的热试验方法》，耐久性能试验依据标准TB/T 3017-2001《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的耐久试验方法》。

图1 铁路货车轴承试验机简图

3.2 试验方案确定[1]

以30t轴重铁路货车轴承353132X2-2RS热性能试验为例。

3.2.1 试验循环确定

试验循环按照标准TB/T 3000-2000《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的热试验方法》确定了基本行程为8h转动循环、强化行程为20h、转动循环及强化载荷16h试验。

（1）基本行程8h转动循环

——3h50min向一个方向转动，其中3h40min以最高转速转动，停止驱动10min，保持通风；

——3h50min向另一个方向转动，其中3h40min以最高转速转动，停止驱动10min，保持通风。

（2）强化行程20h转动循环

——20h以最高速度向一方向转动，停止驱动2h，保持通风；

图2 试验机测控系统

图3 变载闭环控制图

图4 变速闭环控制图

——20h以最高速度向另一方向转动，停止驱动2h，保持通风。

（3）强化载荷16h试验

——8h以最高速度向一方向转动，停止驱动2h，保持通风；

——8h以最高速度向另一方向转动，停止驱动，保持通风。

3.2.2 试验载荷确定

试验载荷按照标准TB/T 3000-2000《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的热试验方法》进行计算。按以下公式（1）、（2）进行载荷计算。

径向力Fr，kN：

1.2 ——安全系数；

1/2——考虑有关与轴箱的值而规定的系数；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

m1——轴颈上的质量，kg。

交变轴向力Fa，kN：

1.2 ——安全系数；

1/2——考虑有关与轴箱的值而规定的系数；

0.5 ——考虑实际运用中所遇到的平均值而规定的系数；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

(m1+m2)—轴重，kg。

根据（1）、（2）算式计算得出以下试验载荷：

（1）预试验载荷

Fr空=0.6×(25/4-1.37)×9.81=28.7kN

Fa空=0.255×(10+25/4/3×9.81)=7.8kN

（2）性能试验载荷

Fr重1=0.6×(30-1.37)×9.81=168.5kN

Fa重1=0.255×(10+30/3×9.81)=27.6kN

Fr重2=0.6×(30-1.37)×9.81=168.5kN

Fa重2=0.255×(10+32.5/3×9.81)=29.6kN

（3）强化试验载荷

Fr重3=0.6×(32.5-1.37)×9.81=183.2kN Fa重4=0.2×(32.5-1.37)×9.81=61.1kN

试验轴承按下列试验条件进行预试验、性能试验和强化试验。垂向载荷恒定施加，横向载荷双向脉动施加，按5s （推）→25s（停）→5s（拉）→25s（停）的周期循环进行，见表 1。

3.2.3 试验转速的确定

试验转速n（r/min）可由下式得出：n=5.305V/ D，其中：

n ——试验转速，r/min；

D ——车轮直径，m；车轮直径0.865m；

V ——车辆运转速度，km/h。

3.3 试验轴承压装

试验轴承的压装符合TB/T1701-2005标准要求，压装后检查轴承轴向游隙是否正常，旋转灵活性是否良好。

3.4 轴承试验记录

运转过程的室温、试验轴承及试验台支持轴承温度、试验轴承振动、试验载荷、试验转速均由计算机自动连续记录，形成参数曲线，试验数据按每1min自动进行记录一次，直到试验结束。

3.5 轴承试验数据处理

采用EXCEL对运转试验记录的温度数据进行处理，得出各工况下轴承的最高温度和最高温升，并生成相应的温度曲线图，在353132X2-2RS热性能试验中，选取其中4个运转循环的温度曲线，见图 5、6、7、8。

由图 5、6、7、8可见，353132X2-2RS轴承温度、温升曲线平稳，最高温度、温升达标，符合使用要求。

表1 353132X2-2RS轴承试验方案

图5 353132X2-2RS轴承第1个循环温度、温升曲线

图6 353132X2-2RS轴承第2个循环温度、温升曲线

图7 353132X2-2RS轴承第3个循环温度、温升曲线

图8 353132X2-2RS轴承第4个循环温度、温升曲线

3.6 试后轴承检查

对轴承进行外观检查和拆解检查。对试验下机的两套353132X2-2RS轴承拆套检查结果如下：

（1）两套试后轴承外观良好，未见密封圈处有漏脂现象；

（2）轴承内外圈、保持架、滚动体未出现断裂、疲劳、磨损情况；

（3）滚道、滚动体接触位置良好；

（4）保持架未出现断裂、裂纹、变形及异常磨耗；

（5）润滑脂未见明显变色，手感无异物存在。

通过上述检查证明，该轴承试验符合TB/T 3017-2001标准的要求，具备在实际运行载荷及速度条件下的正确运转能力。

3.7 试验结论

试验结果表明，353132X2-2RS轴承的1#轴承和2#轴承热性能台架试验运行状况良好，两套试验轴承最高温升分别为28.46℃（1#轴承）和27.69℃（2#轴承），运转过程无漏脂。试后轴承零件未出现剥离、异常磨损，保持架未出现断裂、裂纹、变形及异常磨耗，润滑脂未见明显变色、手感无异物存在，符合TB/T 3017-2001标准的要求，该轴承具备在实际运用载荷及速度条件下的正确运转能力。

3.8 耐久性能试验[2]

铁路货车轴承耐久性能试验依据标准TB/T 3017-2001《机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的耐久试验方法》，持续运转60×104km，温升及试验后检查与热性能试验基本相同，略。

4 结束语

铁路货车轴承试验在轴承研发阶段起到了验证设计的作用，在轴承制造过程中起到了保证质量的作用，因此提高试验机试验能力和完善试验方法至关重要，利用载荷谱加载进行模拟试验将是未来铁路轴承试验的发展方向。

[1] TB/T 3000-2000，机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的热试验方法[S].

[2] TB/T 3017-2001，机车车辆轴箱滚动轴承在轴箱试验机上的耐久试验方法[S]

（编辑：林小江）

Test technology of railway truck bearings

Yin Fugang, Wang Hongli
( National Engineering Technology Research Center for Large Bearings, Wafangdian Bearing Group Co., Ltd., Wafangdian116300,China )

The experimental technology of railway truck bearing was introduced and the principle of the railway truck bearing testing machine and the method of bearing test for the test machine were described. From the test scheme to the test result analysis, the test method of the large axle heavy railway truck bearing was described, and the laboratory verif i cation for high reliability and long life of heavy load railway truck was done.

railway truck bearing; testing technology; testing machine; radial loading; axial loading

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）02-0019-05

2016-07-13.

尹福刚（1981-），男，高级工程师.