高速列车轴箱轴承综合试验平台设计＊

席竹文，鲍廷义，陈泊伸

（南京铁道职业技术学院，江苏 南京210031）

高速铁道机车车辆轴承一般采用的是滚子轴承，滚子与滚道之间的润滑状态一般属于弹性流体动力润滑。弹流润滑理论中的弹流润滑膜的拖动力问题，至今也没有得到很好的解决。

为了探索弹流润滑的规律，国内外学者开展了大量实验研究，根据所需要的不同的具体目标，设计了各种各样的专用实验设备，其中对油膜厚度和油膜形状的测量较多，而对于润滑剂拖动力测试较少[1-2]。

由于中国这方面研究起步较晚，而动力数据又是一个很难准确获得的参数，因此，对各种润滑剂拖动特性的研究很有必要，尤其是一些新型的润滑剂。现有技术的润滑剂拖动力检测平台结构复杂且功能单一、专机专用。

本文在现有常规试验平台的基础上，开展润滑剂拖动力及轴箱综合试验平台的设计研究，不断探索和完善理论模型及综合试验设备来研究不同油脂润滑拖动性能的同时，减少机车车辆轴箱不同试验的平台切换时间，提高试验效率和设备利用率，降低综合成本。

1 技术方案分析

1.1 载荷加载系统分析

铁道机车车辆运行中，滚动轴承轴箱装置承受并传递垂向、纵向和横向三个方向的载荷作用力。因此，试验平台需要在三个方向上具有独立的加载装置，以模拟实际运行工况下的受载情况。

目前常见的加载方式主要有杠杆加载[3]、升降机-弹簧加载[4]、步进电机加载[5]和液压系统加载[6]。杠杆加载产生的荷载值小，无法实现自动加载和连续加载，操作不方便。升降机-弹簧加载维护简单，可提高利用效率，保持水平，但结构太过复杂。通过对比选择油压加载方式，使工作连续，冲击小，操作平稳，承重量大。

1.2 润滑剂供给系统分析

轴承的润滑可采用润滑油或润滑脂。虽然润滑脂在润滑性能、减少振动和噪声方面不如润滑油好，但其密封装置较为简单，维护保养较为容易，因此，在铁路车辆上多采用润滑脂润滑[7]。

在高速专用试验台上进行试验，结果表明，润滑脂填充量与车辆运行有密切关系，尤其是对高速运行的车辆更为重要。适用于中国高速运行的轴承润滑脂填充量仍有待研究与试验，还需要收集和积累实际运行的数据。考虑到中国南北温差的影响，在常规润滑剂供给系统对润滑剂填充量可控的基础上，增加加热冷却装置，根据试验需要开启加热或冷却功能，模拟环境温度变化。

2 润滑剂拖动力测试方案设计

为真实模拟多种实际工况下轴箱轴承弹流润滑状态下的拖动特性，需在轴向、垂向和纵向同时或分别施加载荷，保证足够宽的测试范围，最终轴箱轴承弹流润滑拖动力测试方案设计如图1 所示。

试验时，根据预想模拟的工况，通过升降托架调节好第二圆盘试件和第一圆盘试件的间距，通过试验载荷加载及检测装置精确控制调节施加在轴箱轴承单元上的载荷，模拟对应的工况。之后，启动第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构，控制第一、第二圆盘试件在润滑剂供给系统作用充分润滑条件下旋转，其接触区将形成动压弹流润滑油膜，二者发生相对滑动时，在接触表面通过润滑膜将产生相互的弹流拖动力。第二圆盘试件中心处的圆盘轴通过联轴器与第二旋转驱动机构电机的输出轴连接，作用于第二圆盘试件上的拖动力通过圆盘轴、联轴器、第二旋转驱动机构和升降托架等一系列构件传递到液体静压回转平导轨上，带动其工作台产生扭转，之后根据检测液体静压回转平导轨油腔压力的压力传感器反馈的压力值，可直接测算出润滑剂弹流拖动力的大小。完成试验后，再控制相应的压力加载机构卸载。

图1 轴箱轴承弹流润滑拖动力测试方案设计示意图

3 静强度及疲劳强度试验平台

3.1 试验载荷

根据铁道行业TB/T3407—2015 标准进行动车组转向架轴箱组成试验所需装置及载荷加载要求[8]，图1 中轴向（FY）、垂向（FZ）及纵向（FX）压力加载机构可分别施加试验所需相对应的超常载荷及模拟运营载荷工况。

3.2 静强度试验

按照试验标准，先开始进行最大载荷的一半实验，然后再使用最大载荷实验[8]。根据图1 所示的试验方案，使用压力加载机构进行加载的同时，通过试验验证每一工况下的静强度。若在实验材料屈服极限与疲劳极限内，试验判定合格。超常载荷静强度试验工况组合如表1 所示。

表1 超常载荷静强度试验工况组合表

3.3 疲劳强度试验

采用图1 所示加载机构，通过加载循环的方式，载荷在不同时间、不同加载频率情况下，观察载荷变化，在每个阶段实验完成后，均应进行探伤检查，轴箱体（含分体式轴箱）结构不允许出现裂纹。

3.4 轴箱组成防水试验

轴箱防水试验不需要施加径向或横向力，因此，在图1所示试验方案的基础上，移除部分拖动力试验组件及轴向加载装置与垂向加载装置，然后在轴箱处安装防水箱组件即可进行相应试验，试验方案设计如图2 所示。通过观察窗查看轴箱组成防水效果。

图2 轴箱组成防水试验方案设计示意图

4 滚动轴承热试验项目的试验方案

根据铁道行业TB/T 3000—2000 标准进行轴箱滚动轴承热试验时[9]，只需增加通风机即可满足试验要求，试验方案设计如图3 所示。通过垂向及轴向加载装置模拟实际工况所需的静态径向及交变轴向载荷，由热电偶对每个负荷区的轴承温度、轴箱发热探测器观测温度及环境温度等参数进行测量，从而完成试验数据的采集及后续分析处理。

图3 轴箱滚动轴承热试验方案设计示意图

5 结束语

具有润滑剂拖动力测试功能的轴箱综合实验平台，能够根据具体的试验项目，增加或减少对轴箱施加力的加载机构及防水箱、喷水装置和通风机等设备组件，除了能够完成轴箱组成试验中的静强度及疲劳强度和防水试验项目及滚动轴承热试验等常规试验项目外，还能进行润滑剂拖动力测试。该试验平台结构方案易于规划和实施，具有一定的可扩展性，能进一步搭配组件来实现轴箱综合实验能力。