当前位置: 首页 > 最新资讯
  最新动态
  联系我们
  • 联系人:孙先生
  • 手机:13701719200
  • 客服:18049802341
  • 传真:021-37651078
  • QQ:1837467270
  • 邮箱:13701719200@163.com
  • 地址:上海市松江区车墩镇南乐路8号4栋
轴承知识详情

高速动车组轴箱轴承研究

2021-04-21

舍弗勒大中华区

黄星,徐镜峰,张建昌,周国

【摘 要】本文介绍了国内高速动车组轴箱轴承特点及其运用挑战,总结了中国高速动车组列车在维修周期间隔延长,运营速度提升至400km/h或更高及更高的运营安全和可靠性方面的需求。基于这些市场需求,以舍弗勒集团技术发展和创新方向,提出了轴箱轴承的4个优化方向,希望能对轴承行业的同行起到一定的参考和借鉴作用。

【关键词】时速400公里;免维护;市场需求;研发方向

0 前言

中国高铁经历了全面引进并消化吸收加拿大庞巴迪、日本川崎重工、法国阿尔斯通、德国西门子的高铁技术的过程,并在此基础上进行自主创新和自主研发,成功开发出了领先世界的高铁动车组技术平台。

2017年6月我国自主研发、具有完全自主知识产权、运营时速达350km的中国标准动车组“复兴号”诞生。仅仅时隔一年半,覆盖时速160km的CR200、时速250km的CR300和时速350km的CR400全营运速度等级的“复兴号”家族全面上线,在整体技术指标上,“复兴号”动车组保持着世界先进水平,未来将逐渐接替以前的各种动车组。自2005年中国高铁动车组研制生产起至今,复兴号的诞生是中国高铁创新发展之路的一个缩影。伴随着高速铁路的快速发展,对高速动车组的性能要求也越来越高,时速400km及更高的高铁车辆研发势在必行。轴箱轴承作为列车走行部件中最重要、最关键的核心部件,直接关系到车辆的运行安全,对其研究具有重大的意义[1-2]。

轴箱轴承是高速动车组的重要组成部件之一,实现轮对高速旋转运行的同时需承受整个车辆的车体重量及载重,还需承受运行中车辆摇摆产生的各个方向的力。除了承受静态及动态径向载荷外,还承受非恒定的轴向载荷。如CRH380A型车,单个轴箱轴承径向载荷约90kN,轴向载荷约20kN。轴箱轴承的可靠性对列车安全运行起着至关重要的作用。目前世界上应用于高速动车组领域的轴箱轴承主要有圆锥滚子轴承(如图1所示)和圆柱滚子轴承(如图2所示)。圆柱滚子轴承曾在德国 ICE、日本新干线等速度 300 km/h以下的动车组上应用,而我国 CRH 系列高速动车组轴箱轴承前期均采用圆锥滚子轴承,从 2009 年起通过 4年的圆柱滚子轴承研制开发、试验验证,于 2013 年开始实现在我国 CRH 系列高速动车组上批量应用[3]。表1为两种轴箱轴承的特点,圆柱滚子轴承单元除轴向承载能力一般外,在径向承载能力、极限转速、保持润滑能力和摩擦与温升方面均优于圆锥滚子轴承单元。

*1在相同轴承尺寸下,圆柱滚子轴承额定静载荷比圆锥滚子轴承高10%以上。

*2圆锥滚子轴承是靠其具有一定压力角的滚子承受轴向力,套圈的挡边仅承受约20% 的轴向力,而圆柱滚子轴承则依靠套圈的挡边承受全部的轴向力。

*3圆柱滚子轴承的内部结构决定了其自转与公转的一致性,其内部摩擦小于圆锥滚子轴承,因此圆柱滚子轴承能够达到更高的转速,其温升也更小。

*4圆柱滚子轴承由于其对称结构关系而不会产生“泵吸效应”,高速运转过程中润滑脂不会从轴承中部被推向两侧密封处,因此具有较好的润滑脂保持能力。

1 中国高速动车组轴箱轴承的特点

目前,中国高铁动车组轴箱轴承全部为进口,主要由瑞典的斯凯孚(SKF)、德国的舍弗勒(FAG)、日本的恩斯克(NSK)和恩梯恩(NTN)供应。这些公司都对高速铁路用轴承进行了非常系统的研究。表2为动车组轴箱轴承在第一阶段技术引进,第二阶段部分自主创新,第三阶段完全自主创新、自主设计研发制造的具体配置情况。

在轴承的结构设计方面,SKF公司将有限元解析方法FEM运用到轴箱轴承设计中,开发出紧凑型圆锥滚子轴承组件TBU,组件内还装有监测速度及轴承状态的传感器[5];类似的结构设计还包括FAG公司的TAROL轴承[6]及NSK的UNIT轴承。在保持架方面,FAG公司开发的圆柱滚子轴承CRBU,其保持架选用聚酰胺材料,与层状环形结构的密封紧密配合,并使用添加了极压添加剂的特种锂皂润滑脂,使其使用寿命可达到3000000km[7];NTN公司采用保持架运动动态分析和先进的有限元分析设计方法开发出的塑料保持架,寿命达到普通材料的3倍以上[7]。在材料方面,目前国外对夹杂物均匀化技术(IQ钢)、超高纯轴承钢(EP钢)的真空脱气冶炼技术、超长寿命钢技术(TF钢)进行系统深入的研究,提高了轴承钢的使用寿命[8]。在润滑与密封方面,SKF公司开发的紧凑型圆锥滚子轴承带有内置式轻接触密封,其以低摩擦橡胶密封的机理为基础,将迷宫式密封、唇形密封、抛油板零件组合使用,可靠地隔离了污染,实现了润滑脂的长寿命化与节能。轴承设计中取消了密封座和衬垫,密封件内置于轴承内、