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貨車轉(zhuǎn)向架滾動(dòng)軸承剝離的原因分析及建議

2013-03-15

　　隨著鐵路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，貨物列車提速重載增加了軸承負(fù)載量，導(dǎo)致軸承故障增加，缺陷程度日趨嚴(yán)重，危及行車安全。因此，提高軸承質(zhì)量成為亟待解決的問(wèn)題。
　　1　問(wèn)題的提出
　　剝離是貨車滾動(dòng)軸承Z主要的故障現(xiàn)象。為提高貨車轉(zhuǎn)向架滾動(dòng)軸承運(yùn)行質(zhì)量，非常有必要分析剝離形成的原因，制定相應(yīng)的改進(jìn)措施。
　　2　原因分析
　　2.1 軸承存在質(zhì)量缺陷
　　2.1.1 熱處理不當(dāng)
　　滾動(dòng)軸承的外圈、內(nèi)圈表面硬度較高，它承載能力強(qiáng)、變形較小，不易出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。但在制造過(guò)程中，加熱不足、冷卻不良、淬火處理不到位等原因就會(huì)造成軸承內(nèi)圈、外圈表面硬度不均勻，使其表面的耐磨性和疲勞強(qiáng)度不一致，這種情況下易造成剝離現(xiàn)象。
　　2.1.2 軸承存在表面缺陷
　　軸承的內(nèi)圈、外圈、滾子存在表面缺陷，例如表面存在夾渣、氣泡，特別是表層較淺部位的氣泡，在軸承承受載荷運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，氣泡呈增大趨勢(shì)，突破表層時(shí)就形成凹坑。如果存在夾渣，在滾道較深處易出現(xiàn)疲勞失效的現(xiàn)象，這種夾渣處也是疲勞失效的主要部位，易造成應(yīng)力集中，在長(zhǎng)期的接觸應(yīng)力作用下，出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。
　　2.1.3 加工精度不合格
　　軸承內(nèi)圈、外圈、滾子表面加工精度未達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，易出現(xiàn)早期剝離現(xiàn)象。
　　2.2 超載、偏載
　　貨車滾動(dòng)軸承一般為圓錐滾子軸承，滾子與軸向有一個(gè)角度，即使受到純徑向載荷作用時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生軸向力。當(dāng)列車在超載與偏載的情況下，軸承所承受的徑向負(fù)荷過(guò)大，滾子、外圈都受到脈動(dòng)循環(huán)作用力，同時(shí)，也承受過(guò)大的軸向力，軸承滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈滾道面上均承受周期性載荷的作用，從而產(chǎn)生周期變化的接觸應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度的時(shí)候，在滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道的表層產(chǎn)生塑性變形，Z后在工作表面出現(xiàn)細(xì)微的裂紋，直至形成麻點(diǎn)剝落。
　　2.3 潤(rùn)滑不良
　　潤(rùn)滑脂可以在滾動(dòng)表面形成強(qiáng)度較高的動(dòng)壓膜，能承受較大的載荷，而且能起到密封作用。一般軸承注油量是在能保證充分潤(rùn)滑的前提下較少為宜。適量的注油可以減少摩擦、延長(zhǎng)疲勞壽命、排出摩擦熱，也能防止雜質(zhì)進(jìn)入軸承。如果注脂量過(guò)少，就會(huì)造成缺脂或干摩擦，使內(nèi)圈、外圈、滾子之間產(chǎn)生過(guò)度磨損，軸承溫度升高；注脂量過(guò)多時(shí)，潤(rùn)滑脂填滿所有縫隙，軸承的散熱效果差，也會(huì)使軸承溫度升高。如果潤(rùn)滑脂長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，潤(rùn)滑脂變稀，破壞動(dòng)壓油膜，經(jīng)過(guò)高速重載運(yùn)行后，加速軸承零件材質(zhì)變化，硬度下降，易造成剝離。潤(rùn)滑脂的主要性能指標(biāo)是錐入度與滴點(diǎn)，如果潤(rùn)滑脂的錐入度比規(guī)定要求的值小，那么潤(rùn)滑脂承受極壓的能力就小，這樣就會(huì)造成滾道與滾子的過(guò)度磨損；如果潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)比規(guī)定要求的值小，就易造成潤(rùn)滑脂變稀，油膜強(qiáng)度變小，易造成甩油及滾道與滾子的過(guò)度磨損，這2種情況都易造成軸承剝離。
　　2.4 軸向游隙不符合規(guī)定
　　軸向游隙的大小對(duì)軸承的疲勞壽命、溫升等都有很大影響，在工藝條件與運(yùn)行條件允許的情況下，游隙應(yīng)接近下限。如軸向游隙過(guò)小，當(dāng)列車通過(guò)彎道時(shí)，滾子與外圈、滾子與保持架受力不均勻，在軸承有限滾道區(qū)域內(nèi)進(jìn)行擠壓，使零件承受過(guò)大的載荷作用，造成發(fā)熱、剝離。
　　2.5 踏面剝離、擦傷
　　列車在運(yùn)行過(guò)程中，如果輪對(duì)踏面剝離、擦傷超過(guò)規(guī)定限度時(shí)，車輪的形狀發(fā)生變化，正常運(yùn)動(dòng)軌跡也發(fā)生變化，車輪上本來(lái)的弧面變成了平面。當(dāng)缺陷處與鋼軌接觸時(shí)，車輪軸心向下急落，之后隨著車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，缺陷與鋼軌分離時(shí)，車輪軸心又急劇向上運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程當(dāng)中車輪在豎直方向上的動(dòng)量會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生巨大的變化，產(chǎn)生巨大的沖量，使內(nèi)圈與滾子、外圈與滾子之間承受很大的循環(huán)脈動(dòng)載荷作用。
　　例如車輪所受沖量為S，則S=mvl/r，其中r為輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑，l為缺陷的長(zhǎng)度，m為車輪質(zhì)量，v為列車運(yùn)行速度。同時(shí)S＝Ft，即F＝S/t，F(xiàn)為沖擊力，t為時(shí)間，其值很小，變化也不大。當(dāng)車輪踏面產(chǎn)生擦傷、剝離時(shí)，l越大，沖量S越大，沖擊力F也就越大。由于滾子的硬度比滾道大，應(yīng)力集中就直接作用在滾道上，長(zhǎng)時(shí)間承受過(guò)大的負(fù)荷，就會(huì)使接觸疲勞加劇。
　　2.6 保持架裂損、電蝕
　　常用的塑鋼保持架材質(zhì)強(qiáng)度低，受力結(jié)構(gòu)尺寸小，或棱角處應(yīng)力集中，極易在大端面與橫梁相交處造成裂損。裂損后滾子將失去定位支撐，運(yùn)行中就會(huì)造成滾子間相互碰撞磨損，產(chǎn)生高溫，長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)行易造成剝離。當(dāng)電流通過(guò)軸承時(shí)，內(nèi)圈與外圈間存在電壓差，電流擊穿油膜放電，造成滾動(dòng)面局部熔融或凹凸現(xiàn)象。電蝕部位金屬材質(zhì)發(fā)生變化，硬度降低，且易產(chǎn)生應(yīng)力集中，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將造成剝離。
　　2.7 其他原因
　　軸承前蓋后擋松動(dòng)、密封罩松動(dòng)、油封破損松動(dòng)，都會(huì)造成水和雜質(zhì)進(jìn)入滾動(dòng)區(qū)域，滾道、滾子表面易出現(xiàn)銹蝕，工作表面的粗糙度下降，造成銹蝕部位的應(yīng)力集中，造成剝離現(xiàn)象。
　　3　建議
　　（1）提高軸承熱處理工藝、滲碳工藝質(zhì)量，使工作表面各種成分分布均勻；內(nèi)、外圈滾道表面的硬度要匹配。對(duì)軸承鋼強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，避免鋼材中出現(xiàn)非金屬夾雜物，減少應(yīng)力集中。保持架在沖壓成型過(guò)程中，在窗梁間存在殘余拉應(yīng)力時(shí)進(jìn)行回火處理，消除窗梁拐角處應(yīng)力集中。
　?。?）對(duì)新采購(gòu)的軸承Ⅳ型潤(rùn)滑脂進(jìn)行錐入度、水分、鋼網(wǎng)分油、滴點(diǎn)、相似粘度、雜質(zhì)含量等性能指標(biāo)的檢驗(yàn)，特別是錐入度與滴點(diǎn)必須符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求。嚴(yán)格控制軸承的注油量、勻脂工藝。
　　（3）改進(jìn)軸承注油裝置的動(dòng)力部分，因?yàn)榇蟛糠肿⒂蜋C(jī)的動(dòng)力部分是由風(fēng)壓控制，軸承在組裝后注油時(shí)，如果油水分離器作用不良，風(fēng)壓本身存在的水汽會(huì)隨油脂一起注入到軸承中。另外，軸承在組裝以前須進(jìn)行清洗、烘干或脫水處理，如果烘干不徹底，也會(huì)造成軸承脂混水。
　?。?）加大120閥的改造力度，實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)波速基本一致，以免出現(xiàn)輪軌間的滑動(dòng)而造成踏面擦傷，從而產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力。
　?。?）車輛檢修電焊作業(yè)時(shí)，應(yīng)接專用地線，否則可能造成軸承通過(guò)電流，使軸承零部件產(chǎn)生電蝕。
　　（6）軸承探傷后，各部件須進(jìn)行剩磁檢測(cè)。如果剩磁超標(biāo)，會(huì)影響檢測(cè)儀器靈敏度，也會(huì)吸附鐵屑或鐵磁性粉末，進(jìn)入軸承滾動(dòng)區(qū)就會(huì)造成軸承磨損。軸承剝離按照故障性質(zhì)屬于疲勞型，形成的主要原因是材質(zhì)疲勞、加工工藝不當(dāng)、超偏載、較大的沖擊力等。不斷提高滾動(dòng)軸承的制造工藝、檢修質(zhì)量、組裝質(zhì)量及故障診斷手段，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。