雷新紅

（南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）

軸箱裝置的作用，是將輪對(duì)和側(cè)架或構(gòu)架聯(lián)系在一起，使輪對(duì)沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿線路的的平動(dòng)；承受車輛的自重，傳遞各個(gè)方向的作用力；保證良好的潤(rùn)滑性能，減少磨耗，降低運(yùn)行阻力；良好的密封性，防止塵土、雨水等物的侵入及甩油，從而避免破壞油脂的潤(rùn)滑，甚至發(fā)生燃油等事故。

為了維持軸承的良好品質(zhì)，低的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度極為重要。即使溫度稍有增加，也會(huì)降低油膜厚度，減少潤(rùn)滑脂壽命，縮短軸承壽命。有關(guān)數(shù)據(jù)說(shuō)明，若軸承溫度從85℃降到65℃，約可使軸承壽命增加35%，油膜厚度增厚65%，潤(rùn)滑脂壽命增長(zhǎng)150%，軸承尺寸安定度提高100%。

鑒于軸箱裝置的重要作用，為保證城軌車輛轉(zhuǎn)向架軸箱組裝的性能，在轉(zhuǎn)向架總裝完成后，需進(jìn)行軸箱溫升試驗(yàn)。本次試驗(yàn)是針對(duì)南車株洲電力機(jī)車有限公司安裝了某進(jìn)口軸承的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行的軸箱溫升試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)用主要設(shè)備及儀器儀表。試驗(yàn)過(guò)程中主要用到滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)（控制車輪轉(zhuǎn)速）、實(shí)時(shí)檢測(cè)并采集溫度的傳感器（Pt100 鉑電阻）及設(shè)備等。

（2）被試物品參數(shù)及特征狀態(tài)。試驗(yàn)物品為安裝了某進(jìn)口軸承、組裝完成并按照相關(guān)的技術(shù)文件檢查合格的轉(zhuǎn)向架1臺(tái)。

2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）配重。將被試轉(zhuǎn)向架落在滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)軌道輪組上，將模擬地鐵枕梁和模擬車體安裝在被試轉(zhuǎn)向架上，再在模擬車體上配置砝碼，在每個(gè)空氣彈簧上平面施加AW3 工況的載荷。加載工裝要牢固可靠，避免輪對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)意外。加載時(shí)要保護(hù)好空氣彈簧上平面的定位銷和空氣彈簧的進(jìn)氣口。

（2）測(cè)點(diǎn)布置。測(cè)量溫度的傳感器按圖1布置（以一個(gè)輪對(duì)為例，另一輪對(duì)布置點(diǎn)相對(duì)應(yīng)）。測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)根據(jù)預(yù)備試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖1 軸箱組裝的溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）預(yù)備試驗(yàn)。在正式試驗(yàn)前，要進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，主要有如下作用：使軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑脂分布均勻；監(jiān)測(cè)軸箱溫升，調(diào)整測(cè)點(diǎn)布置。試驗(yàn)中的測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

控制空轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)的速度，使試驗(yàn)轉(zhuǎn)向架車輪的轉(zhuǎn)速?gòu)? km/h 逐漸升高至80 km/h，各轉(zhuǎn)速檔的時(shí)間分配見(jiàn)表1。

表1 各轉(zhuǎn)速檔及時(shí)間分配

整個(gè)預(yù)備試驗(yàn)中，試驗(yàn)轉(zhuǎn)向架正、反轉(zhuǎn)分別運(yùn)轉(zhuǎn)120 min。

預(yù)備試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)監(jiān)測(cè)軸箱組裝的各測(cè)點(diǎn)的溫升以及未布置測(cè)點(diǎn)的其他區(qū)域溫升（齒輪箱、電機(jī)等）。

（2）正式試驗(yàn)。預(yù)備試驗(yàn)完成后，在轉(zhuǎn)向架傳動(dòng)系統(tǒng)冷卻的狀況下，啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)（AW 3 工況），控制轉(zhuǎn)向架輪對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度在10 min 內(nèi)加速到80 km/h，同時(shí)用電風(fēng)扇對(duì)各軸承部位通風(fēng)，模擬實(shí)際運(yùn)行時(shí)的通風(fēng)情況，試驗(yàn)時(shí)間為120 min。

試驗(yàn)中用溫度傳感器實(shí)時(shí)采集各測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制軸承溫升曲線。試驗(yàn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，各測(cè)點(diǎn)溫升（實(shí)測(cè)軸箱溫度與實(shí)時(shí)環(huán)境溫度之差）≤30℃。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

本次試驗(yàn)由于前期數(shù)據(jù)不理想，重復(fù)進(jìn)行了3次試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

3次試驗(yàn)中的各測(cè)點(diǎn)最高溫度及最高溫升，匯總?cè)绫?所列。

表2 各工況下測(cè)點(diǎn)最高溫度和最高溫升（單位：℃）

4.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，軸箱溫度沒(méi)有達(dá)到平衡。第二次試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，各測(cè)點(diǎn)最后趨于穩(wěn)定且穩(wěn)定時(shí)溫升值都在30℃下滿足條件，但穩(wěn)定值數(shù)據(jù)采集較少（試驗(yàn)時(shí)間為2 h）?？赡艿挠绊懸蛩厥穷A(yù)備試驗(yàn)時(shí)間不夠長(zhǎng)，軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑脂分布不均勻而導(dǎo)致。第三次數(shù)據(jù)合格，由于前兩次試驗(yàn)使軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑脂分布均勻，形成了穩(wěn)定油膜，減少了摩擦產(chǎn)生的熱量。

影響軸溫的因素多而復(fù)雜，如軸承的品質(zhì)與結(jié)構(gòu)、軸承內(nèi)摩擦、軸承工作環(huán)境、潤(rùn)滑脂粘度與品質(zhì)和軸承系統(tǒng)的散熱條件等。

（1）軸承品質(zhì)與結(jié)構(gòu)。目前采用的輪對(duì)軸承，主要是圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承兩種結(jié)構(gòu)。在高速和高負(fù)荷情況下，圓錐滾子軸承的軸向負(fù)荷主要是由滾道承受（約另有20%～30%是由內(nèi)圈擋邊承受），而滾子與滾道的接觸面之間，主要是滾動(dòng)摩擦；但圓柱滾子軸承則主要是靠?jī)蓚€(gè)擋邊承受軸向負(fù)荷，滾子端面與擋邊之間是滑動(dòng)摩擦。所以圓錐滾子軸承摩擦力矩小，小摩擦力矩導(dǎo)致溫度低。如有的實(shí)驗(yàn)表明，在時(shí)速250 km 條件下，圓錐滾子軸承溫度比圓柱滾子軸承溫度低15～20℃。同時(shí)軸承的精度等級(jí)不同，對(duì)軸承零件的表面粗糙度和工藝過(guò)程的不同要求，都會(huì)對(duì)軸溫產(chǎn)生影響。此次試驗(yàn)中采用的軸承為同一型號(hào)，3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異，與軸承品質(zhì)和結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。

（2）軸承潤(rùn)滑脂的粘度。軸承潤(rùn)滑脂的基本功能，是隔離軸承滾動(dòng)件的金屬表面，即在軸承滾動(dòng)體與滾道的滾動(dòng)表面之間，形成潤(rùn)滑油薄膜，減少摩擦與磨損和防止雜物進(jìn)入軸承。高基油粘度，會(huì)使軸承工作溫度高，減少潤(rùn)滑脂壽命，造成軸承早期疲勞。軸箱使用的潤(rùn)滑脂為同一型號(hào)，所以3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異，與潤(rùn)滑脂的粘度無(wú)關(guān)。

（3）軸承配合的影響。每一種軸承在一定的作用條件下，都有最佳的徑向游隙。該徑向游隙保證軸承的負(fù)荷合理地分布于滾動(dòng)體之間，潤(rùn)滑脂油膜厚度合理且不容易破壞，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦阻力小，溫升正常。軸承的徑向工作游隙，視徑向配合游隙而定，而徑向配合游隙，取決于原始徑向游隙和軸承的配合。

因此，在原始徑向游隙一定的前提下，軸承的配合如果過(guò)松或過(guò)緊，軸承的徑向工作游隙將過(guò)大或過(guò)小，偏離其最佳徑向工作游隙，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)溫升異常的現(xiàn)象。游隙過(guò)小，會(huì)使軸承工作溫度升高，不利于潤(rùn)滑。分析對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，3次試驗(yàn)中1號(hào)及3號(hào)軸箱的溫升較2號(hào)及4號(hào)軸箱的溫升明顯要小，1號(hào)及3號(hào)軸箱的溫升比2號(hào)及4號(hào)軸箱的溫升要低7～10℃。同一型號(hào)的軸承，安裝孔直徑尺寸公差與形位公差不同，導(dǎo)致了軸承的配合的差異。軸箱之間溫升的差異，表明軸承的配合對(duì)軸箱溫升有顯著的影響。軸承的配合對(duì)軸箱溫升有較大影響，但不是造成3次數(shù)據(jù)差異的主要因素。

（4）試驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境，如溫度、濕度、風(fēng)速，對(duì)試驗(yàn)也有一定影響。用4臺(tái)工業(yè)電扇模擬風(fēng)速約30 km/h。試驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境直接影響到軸箱的散熱，3次試驗(yàn)時(shí)間分別在2011年9月28日下午，夜晚和次日上午，環(huán)境溫度分別為25.1℃、23.1℃及22.0℃?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)試驗(yàn)有一定影響，但不是3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的主要因素。

（5）潤(rùn)滑脂的填充量及分布。通常潤(rùn)滑脂的填充量，為軸承和軸承箱的自由空間的30%～50%，若填充量過(guò)多，在高速情況下，特別容易引起軸箱溫升，所以高速車輛軸承的潤(rùn)滑脂填充量要少，以減少軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂攪動(dòng)磨耗的能量，防止軸溫過(guò)高。

在高速專用試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，高速車輛軸承的潤(rùn)滑油量，對(duì)軸承性能有很大影響。試驗(yàn)時(shí)潤(rùn)滑油填充分別為225 g 和510 g，在靜、動(dòng)承載的不同工況下，填充量多比少可使軸溫高出6～20℃，特別是在振動(dòng)狀態(tài)。

第一次試驗(yàn)中，溫度一直處于上升階段，軸箱散熱不理想。

第二次試驗(yàn)時(shí)，溫升在達(dá)到最高溫度后，出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，其原因是在進(jìn)行一段時(shí)間跑合后，軸箱內(nèi)潤(rùn)滑脂的分布漸趨均勻。同時(shí)軸箱溫度的快速上升，使得軸箱與外界環(huán)境之間溫度差增大，散熱速度加快，溫升速度趨緩。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，軸箱的發(fā)熱（主要是軸承的發(fā)熱）與散熱，漸漸達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，溫升維持在某一水平。

第三次試驗(yàn)中，軸溫在1 h后趨于穩(wěn)定，軸箱的發(fā)熱與散熱達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。潤(rùn)滑脂的分布是3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的主要因素。同時(shí)，3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，潤(rùn)滑脂的分布是否均勻，是影響軸箱溫升的一項(xiàng)重要因素。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)中各個(gè)軸箱溫升的差異，軸承配合對(duì)軸箱溫升有顯著影響，但不是3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的因素。通過(guò)對(duì)3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，潤(rùn)滑脂的分布是3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的主要因素。

[1]嚴(yán)雋耄，成建民.車輛工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.