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高速鐵道車輛用軸承裝置的技術(shù)動向

2018-06-25

蔡剛　張明軍
（浙江晶星齒輪電機有限公司，浙江紹興　312300）

　　【摘　要】高速鐵道車輛使用除輪傳動裝置的作用是要將電動機的傳遞到車輪，隨著鐵路發(fā)展不斷提速，齒輪傳動裝置面臨這非常嚴峻考驗，正在對于齒輪傳動裝置提出要盡量減輕質(zhì)量，具備適應高速運轉(zhuǎn)軸承潤滑性能。本文從四個方面進行研究分析，首先是高速類車齒輪特性、齒輪動力學分析、軸承在齒輪運動中功能和齒輪中軸承主要研究對象。
　　【關(guān)鍵詞】高速鐵道；車輛；軸承裝置；技術(shù)
　　1　高速列車齒輪和輪軌接觸的特性分析
　　高速列車在長時間高速運行中會產(chǎn)生很多問題，比如對于齒輪輪軌之間粘合洗漱問題，就會隨著速度提高而不斷降低，在速度高情況下就會出現(xiàn)空氣阻力和制動需要動力功率劇增問題，還需要較大牽引力和制動能力，對于高速輪軌齒輪要求，增加粘合控制能力。輪軌接觸有一定復雜性，有受到一定限制，也會涉及到接觸面狀態(tài)多樣化問題，對于曲線輪軌特性分析，可以綜合進行輪軌接觸問題研究分析。

　　對于動力轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置問題來說，主要就是車輪為齒輪轉(zhuǎn)動輸出負載端問題，對于負載端齒輪系統(tǒng)要進行一定外部激勵組成，在系統(tǒng)占有主要角色，負載激勵對于齒輪傳動輸入具有很多不可預測性和多變性問題存在，齒輪動態(tài)特性和負載能力是相互聯(lián)系的，驅(qū)動系統(tǒng)動力學特征會直接影響到車輛動力學。也就是驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特點影響車輛動力性能，車輛動態(tài)特性有會影響到驅(qū)動系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和荷載能力。

　　如果輪軌接觸條件受到一定限制，就會使得輪軌之間存在一定黏貼現(xiàn)象，也會丟失列車輪軌之間關(guān)系，影響到列牽引力正常運轉(zhuǎn)，在惡劣條件下對于列車牽動安全就會產(chǎn)生影響，大大增加列車制動問題，對于牽引會使得列車加速減低增加列車追尾風險問題。同時還會增加列車輪軌齒輪的黏著能力。

　　2　齒輪特性和動力學特性分析
　　齒輪傳動是機械系統(tǒng)動力學主要研究內(nèi)容，齒輪傳動系統(tǒng)工作狀態(tài)也是非常復雜，荷載也是多樣性，不僅出現(xiàn)原動機變化，也會出現(xiàn)齒輪之間誤差和沖擊問題出現(xiàn)。齒輪系統(tǒng)動力學研究在傳遞力和運動中是一門科學，齒輪系統(tǒng)具有非常明顯特點，就是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速非常高，也產(chǎn)生非常劇烈震動現(xiàn)象，齒輪系統(tǒng)震動一直都是機械動力學研究重要問題，另一個就是系統(tǒng)比較復雜，齒輪系統(tǒng)會涉及到機械部件問題，主要就是齒輪轉(zhuǎn)子和軸承等問題，要從傳動結(jié)構(gòu)上分析原有動機和負載，也要從力學進行分析，齒輪之間間隙問題，這些因素都是能夠非常系統(tǒng)進行動力學計算和分析的。同時還要對于齒輪動力特性和齒輪系統(tǒng)動力學進行建模處理，主要包括變形和齒輪摩擦特性和激勵形式問題，對于齒輪運動就需要使用系統(tǒng)動力學進行很嚴格分析。

　　3　車軸齒輪中軸承所要求的功能
　?。?）車軸軸承除了要承受車輛質(zhì)量和裝置質(zhì)量構(gòu)成的靜態(tài)和動態(tài)載荷，還要承受軸向這非恒定的推動力，軸承是裝置中一個重要零件，所以其故障對于車輛運行產(chǎn)量非常重大影響。所以長期以來在軸承結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計制造方面要進行周密考核，車軸軸承要在適當?shù)臅r期車輛需要得到一定發(fā)展，但是近期要求車軸軸承高速發(fā)展和免維修。對于新的干線提速問題，在很多問題上對于列車車軸軸承結(jié)構(gòu)取得新的發(fā)展，另一個重要條件就是要輕量化，對于列車高速化要迫切要求車輛自身輕量，因為這會直接關(guān)系到節(jié)能問題，同時還會減輕軌道影響，降低質(zhì)量，有利于高速運行穩(wěn)定，這樣就可以要求車軸軸承適當?shù)妮p量化。特別是對于現(xiàn)代根據(jù)鐵道公司經(jīng)營理念，要迫切要求能夠避免維修，根據(jù)命令規(guī)定，一般鐵道車輛按照制定的運行歷程特點和運行時間實施檢查，Z近延長車輛檢修周期發(fā)展。

　?。?）車軸發(fā)展結(jié)構(gòu)不斷進行改革，在間歇作用下很多荷載完全承受推力作用，使得結(jié)構(gòu)Z大特點就是長期以來日本廣泛采用的圓柱滾動軸承載荷，使用深槽滾珠軸承推力，對于推力的緩沖可以采用橡膠。由于列車在世界上運營，采用真空精煉剛才作為材料，可以保持架是黃銅制結(jié)構(gòu)，車軸軸承首先就應該采用油潤滑來代替潤滑，結(jié)構(gòu)上對于高速運行可靠性進行周密考慮，這樣才能對于新干線安全運行做出很大貢獻。對于這種推力起初就是高速承載能力問題，但是通過端面軸承設(shè)計工作，可以不斷提高加工精度問題。采用潤滑脂潤滑密封性圓錐滾動軸承，表面上可以承受徑向載荷和軸向載荷，實現(xiàn)比較緊湊設(shè)計，使得軸承很好輕量化。

　?。?）車軸軸承壽命維修方法。車軸軸承應該很好考慮滾子和滾道發(fā)生剝離設(shè)計，對于維修新干線電動車租轉(zhuǎn)向架檢查，對于有線電動車組重要部位進行嚴格檢查，及可以有計劃進行更換工作。也是目前實績，如果沒有產(chǎn)生剝離情況而換成軸承，由于電蝕情況比較多，在檢查階段也有一些壓痕存在，所以更換軸承時候，應該計劃更換比例。

　　一般潤滑密封性圓錐滾動軸承是Z關(guān)鍵問題，新干線車輛每次向家檢查都進行車軸檢修，不取出封密型車軸，Z重要問題就是要能確保潤滑脂和密封達到一定壽命。

　　4　齒輪裝置用軸承
　　對于齒輪裝置軸承功能，齒輪裝置軸承作用作為支承機構(gòu)，一方面承受運行時震動，另一個方面要將旋轉(zhuǎn)力平穩(wěn)傳遞到車軸，在嚴格條件下使用軸承，包含震動條件載荷，作為軸承載荷，可以按照齒輪裝置額定轉(zhuǎn)矩情況下，對于考慮載荷齒輪，可以運行震動加速為前提，主要就是載荷要素，Z終就是求出軸向和徑向軸承載荷，減輕簧質(zhì)量，從而有利于降低軸承載荷，新干線電動車軸承尺寸隨著零部件輕量化實現(xiàn)小型化轉(zhuǎn)變。一般轉(zhuǎn)動比較大還是有線電動車啟動時候齒輪高速旋轉(zhuǎn)，由于快速溫度上升，很容易導致軸承向著間隙減少，由于室外溫度，提高潤滑度。

　　5　結(jié)語
　　鐵道車輛齒輪使用軸承在適應各種時期需求獲得發(fā)展，為了能夠?qū)崿F(xiàn)長期免維修，同時能夠正確掌握實際承受載荷使用條件，對于軸承材料顯著進步有一定作用，在提高滾動疲勞強度措施，從滾子到擋邊保持架滑動部分摩擦進行很好研究。對于內(nèi)圈擋邊燒傷，著眼于加大軸承軸向間隙管理，不斷改善齒輪箱內(nèi)的潤滑結(jié)構(gòu)，對于寒冷的地區(qū)一般來說，適當降低潤滑油粘度。

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來源：《中國科技縱橫》2015年第22期