尹福剛，王洪利

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 國(guó)家大型軸承工程技術(shù)研究中心，遼寧 瓦房店116300）

鐵路貨車軸承試驗(yàn)技術(shù)

尹福剛，王洪利

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 國(guó)家大型軸承工程技術(shù)研究中心，遼寧 瓦房店116300）

介紹了鐵路貨車軸承試驗(yàn)技術(shù)，講述了鐵路貨車軸承試驗(yàn)機(jī)原理和應(yīng)用該試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行軸承試驗(yàn)的方法。從試驗(yàn)方案編制到試驗(yàn)結(jié)果分析，講述大軸重鐵路貨車軸承試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了重載鐵路貨車軸承高可靠性、長(zhǎng)壽命的試驗(yàn)室驗(yàn)證。

鐵路貨車軸承；試驗(yàn)技術(shù)；試驗(yàn)機(jī)；徑向加載；軸向加載

1 前言

當(dāng)前世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展呈現(xiàn)著兩大趨勢(shì)，即“客運(yùn)高速”和“貨運(yùn)重載”，這是世界鐵路運(yùn)輸發(fā)展的方向。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用日益普遍。

2010年原鐵道部立項(xiàng)開展了 “30t軸重貨車車軸、車輪及軸承關(guān)鍵技術(shù)”課題研究，同時(shí)該課題也是在科技部“863”、“973”計(jì)劃支持下開展的研究項(xiàng)目。軸承作為重載鐵路貨車走行安全的關(guān)鍵零部件，其設(shè)計(jì)、制造工藝、應(yīng)用維護(hù)水平直接影響著鐵路貨運(yùn)的安全。軸承的設(shè)計(jì)和制造能否達(dá)到使用要求，需要試驗(yàn)驗(yàn)證，因此進(jìn)行鐵路貨車軸承試驗(yàn)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)重載鐵路貨車高可靠性、長(zhǎng)壽命的試驗(yàn)室驗(yàn)證。

2 鐵路貨車軸承試驗(yàn)機(jī)

2.1 設(shè)備參數(shù)

鐵路軸承試驗(yàn)機(jī)允許試驗(yàn)軸承尺寸范圍：最小內(nèi)徑φ130mm，最大外徑φ300mm，最大軸承寬度210mm，最高允許轉(zhuǎn)速1 100r/min,最大徑向加載250kN,最大軸向加載100kN。

2.2 試驗(yàn)機(jī)組成及工作原理

該試驗(yàn)機(jī)由機(jī)體、驅(qū)動(dòng)組件、加載組件、試驗(yàn)主軸及工裝組件、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和分析組件等部分組成。驅(qū)動(dòng)組件采用電機(jī)三角帶驅(qū)動(dòng)，并由漲緊套連接大帶輪，便于調(diào)整。主軸轉(zhuǎn)速由45kW變頻電機(jī)調(diào)速控制，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速最高可以達(dá)到1 100r/ min，相當(dāng)車速180km/h。該試驗(yàn)機(jī)主要用于重載鐵路軸承性能及壽命試驗(yàn)。

試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)圖見圖 1。試驗(yàn)機(jī)加載組件由徑向和軸向加載兩部分組成，徑向加載通過油缸、杠桿及連桿，把力作用在承載鞍的兩側(cè)上。軸向加載利用一個(gè)液壓缸，通過雙導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被試軸承左右兩個(gè)方向的加載要求。液壓缸前腔進(jìn)油時(shí)，被試軸承受拉；液壓缸后腔進(jìn)油時(shí)，被試軸承受壓。軸的兩端兩個(gè)被試軸承所受的拉力或壓力同時(shí)作用在軸上，大小相等，方向相反。因此，工作軸承不承受軸向力。

加載力由力傳感器檢測(cè)并反饋到試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，力值大小由液壓系統(tǒng)比例電磁閥調(diào)整，實(shí)現(xiàn)載荷閉環(huán)控制。試驗(yàn)機(jī)主軸及工裝組件包括試驗(yàn)軸承、陪試軸承及主軸上安裝的零部件等，根據(jù)試驗(yàn)軸承的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)加載形式設(shè)計(jì)相應(yīng)零部件。液壓系統(tǒng)由高壓柱塞泵、高精度比例調(diào)壓閥、蓄能器等組成，徑向、軸向壓力分別調(diào)控，由試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的試驗(yàn)方案自動(dòng)調(diào)整工作壓力。

潤(rùn)滑系統(tǒng)為軸承試驗(yàn)組件提供主動(dòng)稀油潤(rùn)滑，自動(dòng)控制油溫、油量。

電氣控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)和電源供電系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)（見圖 2）集中控制試驗(yàn)機(jī)動(dòng)作和加載，載荷和轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制方法，見圖 3、圖 4，采集、處理、記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照試驗(yàn)方案要求自動(dòng)控制試驗(yàn)進(jìn)程，試驗(yàn)中出現(xiàn)異常問題自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和分析組件包括溫度傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件等，試驗(yàn)過程中自動(dòng)采集、記錄軸承溫度、振動(dòng)值等參數(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理報(bào)告。

3 鐵路貨車軸承試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)類型

鐵路貨車軸承試驗(yàn)分為臺(tái)架熱性能試驗(yàn)、臺(tái)架耐久性能試驗(yàn)等。熱性能試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為TB/T 3000-2000《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的熱試驗(yàn)方法》，耐久性能試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3017-2001《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的耐久試驗(yàn)方法》。

圖1 鐵路貨車軸承試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)圖

3.2 試驗(yàn)方案確定[1]

以30t軸重鐵路貨車軸承353132X2-2RS熱性能試驗(yàn)為例。

3.2.1 試驗(yàn)循環(huán)確定

試驗(yàn)循環(huán)按照標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3000-2000《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的熱試驗(yàn)方法》確定了基本行程為8h轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)、強(qiáng)化行程為20h、轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)及強(qiáng)化載荷16h試驗(yàn)。

（1）基本行程8h轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)

——3h50min向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其中3h40min以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)10min，保持通風(fēng)；

——3h50min向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其中3h40min以最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)10min，保持通風(fēng)。

（2）強(qiáng)化行程20h轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)

——20h以最高速度向一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)2h，保持通風(fēng)；

圖2 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

圖3 變載閉環(huán)控制圖

圖4 變速閉環(huán)控制圖

——20h以最高速度向另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)2h，保持通風(fēng)。

（3）強(qiáng)化載荷16h試驗(yàn)

——8h以最高速度向一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)2h，保持通風(fēng)；

——8h以最高速度向另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，停止驅(qū)動(dòng)，保持通風(fēng)。

3.2.2 試驗(yàn)載荷確定

試驗(yàn)載荷按照標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3000-2000《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的熱試驗(yàn)方法》進(jìn)行計(jì)算。按以下公式（1）、（2）進(jìn)行載荷計(jì)算。

徑向力Fr，kN：

1.2 ——安全系數(shù)；

1/2——考慮有關(guān)與軸箱的值而規(guī)定的系數(shù)；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

m1——軸頸上的質(zhì)量，kg。

交變軸向力Fa，kN：

1.2 ——安全系數(shù)；

1/2——考慮有關(guān)與軸箱的值而規(guī)定的系數(shù)；

0.5 ——考慮實(shí)際運(yùn)用中所遇到的平均值而規(guī)定的系數(shù)；

9.81 ——重力加速度，m/s2；

(m1+m2)—軸重，kg。

根據(jù)（1）、（2）算式計(jì)算得出以下試驗(yàn)載荷：

（1）預(yù)試驗(yàn)載荷

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）性能試驗(yàn)載荷

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）強(qiáng)化試驗(yàn)載荷

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

試驗(yàn)軸承按下列試驗(yàn)條件進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)、性能試驗(yàn)和強(qiáng)化試驗(yàn)。垂向載荷恒定施加，橫向載荷雙向脈動(dòng)施加，按5s （推）→25s（停）→5s（拉）→25s（停）的周期循環(huán)進(jìn)行，見表 1。

3.2.3 試驗(yàn)轉(zhuǎn)速的確定

試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n（r/min）可由下式得出：n=5.305V/ D，其中：

n ——試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，r/min；

D ——車輪直徑，m；車輪直徑0.865m；

V ——車輛運(yùn)轉(zhuǎn)速度，km/h。

3.3 試驗(yàn)軸承壓裝

試驗(yàn)軸承的壓裝符合TB/T1701-2005標(biāo)準(zhǔn)要求，壓裝后檢查軸承軸向游隙是否正常，旋轉(zhuǎn)靈活性是否良好。

3.4 軸承試驗(yàn)記錄

運(yùn)轉(zhuǎn)過程的室溫、試驗(yàn)軸承及試驗(yàn)臺(tái)支持軸承溫度、試驗(yàn)軸承振動(dòng)、試驗(yàn)載荷、試驗(yàn)轉(zhuǎn)速均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)連續(xù)記錄，形成參數(shù)曲線，試驗(yàn)數(shù)據(jù)按每1min自動(dòng)進(jìn)行記錄一次，直到試驗(yàn)結(jié)束。

3.5 軸承試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)記錄的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出各工況下軸承的最高溫度和最高溫升，并生成相應(yīng)的溫度曲線圖，在353132X2-2RS熱性能試驗(yàn)中，選取其中4個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的溫度曲線，見圖 5、6、7、8。

由圖 5、6、7、8可見，353132X2-2RS軸承溫度、溫升曲線平穩(wěn)，最高溫度、溫升達(dá)標(biāo)，符合使用要求。

表1 353132X2-2RS軸承試驗(yàn)方案

圖5 353132X2-2RS軸承第1個(gè)循環(huán)溫度、溫升曲線

圖6 353132X2-2RS軸承第2個(gè)循環(huán)溫度、溫升曲線

圖7 353132X2-2RS軸承第3個(gè)循環(huán)溫度、溫升曲線

圖8 353132X2-2RS軸承第4個(gè)循環(huán)溫度、溫升曲線

3.6 試后軸承檢查

對(duì)軸承進(jìn)行外觀檢查和拆解檢查。對(duì)試驗(yàn)下機(jī)的兩套353132X2-2RS軸承拆套檢查結(jié)果如下：

（1）兩套試后軸承外觀良好，未見密封圈處有漏脂現(xiàn)象；

（2）軸承內(nèi)外圈、保持架、滾動(dòng)體未出現(xiàn)斷裂、疲勞、磨損情況；

（3）滾道、滾動(dòng)體接觸位置良好；

（4）保持架未出現(xiàn)斷裂、裂紋、變形及異常磨耗；

（5）潤(rùn)滑脂未見明顯變色，手感無異物存在。

通過上述檢查證明，該軸承試驗(yàn)符合TB/T 3017-2001標(biāo)準(zhǔn)的要求，具備在實(shí)際運(yùn)行載荷及速度條件下的正確運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

3.7 試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，353132X2-2RS軸承的1#軸承和2#軸承熱性能臺(tái)架試驗(yàn)運(yùn)行狀況良好，兩套試驗(yàn)軸承最高溫升分別為28.46℃（1#軸承）和27.69℃（2#軸承），運(yùn)轉(zhuǎn)過程無漏脂。試后軸承零件未出現(xiàn)剝離、異常磨損，保持架未出現(xiàn)斷裂、裂紋、變形及異常磨耗，潤(rùn)滑脂未見明顯變色、手感無異物存在，符合TB/T 3017-2001標(biāo)準(zhǔn)的要求，該軸承具備在實(shí)際運(yùn)用載荷及速度條件下的正確運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

3.8 耐久性能試驗(yàn)[2]

鐵路貨車軸承耐久性能試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3017-2001《機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的耐久試驗(yàn)方法》，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)60×104km，溫升及試驗(yàn)后檢查與熱性能試驗(yàn)基本相同，略。

4 結(jié)束語

鐵路貨車軸承試驗(yàn)在軸承研發(fā)階段起到了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的作用，在軸承制造過程中起到了保證質(zhì)量的作用，因此提高試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)?zāi)芰屯晟圃囼?yàn)方法至關(guān)重要，利用載荷譜加載進(jìn)行模擬試驗(yàn)將是未來鐵路軸承試驗(yàn)的發(fā)展方向。

[1] TB/T 3000-2000，機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的熱試驗(yàn)方法[S].

[2] TB/T 3017-2001，機(jī)車車輛軸箱滾動(dòng)軸承在軸箱試驗(yàn)機(jī)上的耐久試驗(yàn)方法[S]

（編輯：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.

尹福剛（1981-），男，高級(jí)工程師.