滚动轴承故障分析及防治措施 论文

1第一章绪论1.1课题研究的背景和意义安全是铁路运输永恒的主题。中国铁路第六次大提速预示着我国高速铁路时代的到来，CRH动车组的全面开行、和谐型机车的上线运用、机车交路的延长扩伸、列车的提速重载……中国铁路发生着翻天覆地的变化。客车速度不断提高，重载列车开行数量增多，铁路运行车辆仍以客货共线为主，列车密度高居世界第一，这些因素都对机车安全运行提出了更高的要求。滚动轴承作为机车的重要部件，其功能对安全运输起着举足轻重的作用。滚动轴承运行是否正常直接影响到整台机车的性能及运行安全。提速重载是世界各国铁路的发展方向，速度提升、运量加大的前提是拥有牵引力十足的机车，而作为重载机车走行部重要部件之一的牵引电机轴承，在此时此刻需要我们更多的关注。如果在运行中发生故障，轻则会造成列车停运晚点，重则会导致列车脱轨颠覆，造成国家财产和人民生命的重大损失。一旦该情况出现必然是机破无法运行，导致后续列车晚点严重干扰干线运输秩序，更甚者如果没有及时发现将会引起热轴、切轴、轮对擦伤、脱轨、颠覆等事故，后果不堪设想。因此牵引电机轴承故障和滚动轴承故障分析及防治措施是本文论述的重点。1.2运输形式分析1.2.1机车牵引电机随着我国铁路重载、快速列车的开行,机车直流牵引电动机的负载在逐渐增加,实际使用功率接近设计值,提高牵引电动机轴承运转的可靠性,降低故障率,有利于保证铁路运输的安全。在实际运用中,牵引电动机轴承故障普遍,轴承固死后果可怕,严重影响铁路的正常运输秩序。因此,2对牵引电动机轴承故障进行分析与研究,提出相应的预防措施是必要的。1.2.2牵引吨位增加为适应国民经济发展的需要，不断扩大运输能力，重载列车不断开行，列车吨位已有过去的单列3千吨发展到现在的5—6千吨，提高了60%—100%,并且在大秦线开通了万吨列车。1.2.3列检负责区段的延长列检所的设置是根据铁路运输需要和特定区段而定，随着运输结构的变化，直达列车不断增加。列检负责区段已延长到500公里左右。增加了运输安全难度。3第二章机车概论2.1列车和牵引电机常用的轴承、构造及工作原理货车使用滚动轴承以无轴箱双列圆锥滚子轴承为主，从以前的197720、197726、19770型到提速列车的滚动轴承，有国产352226XZ—2RZ型及引进国外技术的SKF197726型以及进口AP130、AP150和TUB150型等。在当前运用中有4种即197726、SKF197726、352226XZ—2RZ、353130b型，其中SKF1977226、352226XZ—2RZ和35313OB紧凑滚动轴承已成为当今提速货车的主流。滚动轴承是车辆的重要部件，其性能的好坏直接影响着列车速度的提高及运行安全。我国铁路成功地运行了客运提速，主要干线的客运列车速度已达140km/h—160km/h。除极少数的快运专列外，绝大多数货物列车的最高运行速度仅有70km/h—80km/h，而旅客列车的速度有150km/h，随着铁路改革的不断深入和跨越式发展的要求，铁路经过五次全面的提速和车辆载重吨位的不断增加，大量新技术、新工艺、新材料、行配方不断运用于列车，滚动轴承的发展由从前的197726型发展到现在的SKF197726、352226X2—2RZ，特别是重载车辆大量使用187730型轴承。车辆在运行中，受速度、交路、重载和线路运行条件的影响，滚动轴承一些零部件会发生磨损、损耗、松弛、变形、腐蚀、裂损等故障，给我们研究滚动轴承故障分析及防治措施提出了更高的标准和要求，在运用机车发生的各类故障中，滚动轴承的热轴故障呈上升趋势，已成为防燃防切的主攻目标，虽然红外线轴温探测是防范燃轴的重要手段，但若能在列检早期的检查中发现滚动轴承故障，将具有积极的意义。虽然随着技术、材料和工艺的发展，滚动轴承的各项指标已大有改观，但在运行中仍暴露出不少问题，尤其是近年来，几次提速后一些故障更加突出，对郑州北车辆段1998—2001年发现的197726型轴承保持架破碎故障2001年19月22日—24日在北车辆段列检4所滚动轴承密封罩松动故障的调查分析见表2-1所示。表2-1197726型轴承故障调查统计表年份密封罩松动数量车轮有擦伤或剥离擦伤剥离过限数量数量比率/%199888100562.51999302893.318602000706491.14665.72001127122968365.4我国配属的6K型电力机车均为1987年从日本进口，牵引电机轴承采用圆柱滚子的滚动轴承。滚动轴承的基本结构由内圈、外圈、滚动体和保持架这四部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座装配。内圈随轴颈回转，外圈固定，但内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。轴承内、外圈上的滚道，有限制滚动体侧向位移的作用。2.1.1无轴箱滚动轴承的构造无轴箱滚动轴承的主件有七部分组成：1.密封罩;2.外圈;3.滚子;4.塑钢保持架；5.中隔圈6.内圈7.密封罩组件。附件有后挡、前盖、标志板、螺栓、施封锁、放松片，如图2—2所示。图2—2无轴箱滚动轴承组成52.1.2无轴箱滚动轴承的工作原理滚动轴承一般结构是由内圈、外圈、滚动体、保持架、中隔圈等组成。滚动轴承是借助于在内、外圈之间的滚动体滚动实现传力和滚动的。内圈紧密配合于轴颈上，当车轮转动时，内圈随轴颈回转，并引导滚动体一面饶起轴心自转，一面沿内外圈滚道公转。轴承有径向间隙和轴向间隙，以保证滚动体能自由转动，滚动体与内、外圈之间的相对运动完全是滚动，而不是滑动。保持架用以维持各滚动体之间的位置，防止倾斜和相互碰撞，保证滚动体能沿滚道均匀分布。2.1.3轴承检修管理机制机车轴承及轮对与车辆同步进行定期检修，并实行寿命管理、状态维修、环检维修、和专业化集中维修的检修管理机制。轴承的压装分为新压装和重新压装，轴承的压装必须在车辆厂和车轮厂、车辆段进行。轴承的检修分一般检修和大修。大修必须在轴承制造（大修）厂进行，轴承的一般检修必修经轴承制造（大修）厂认可、铁道部批准的单位进行，短修时车辆段只对轴承进行状态维修。如图2—3示滚动轴承各元件之问的运动关系。设轴承外圈固定，内圈(轴)的旋转频率为，，轴承节径D，滚动体直径d，接触角B，滚动体个数为Z，滚动体与内外圈之间为纯滚动。图2-3滚动轴承构成示意图62.1.4原因分析轴承在正常的条件下使用,套圈和滚动体的滚动面因不停地重复地受到压力,亦会发生材料疲劳,以致造成剥离而无法使用。滚动轴承一旦承受负荷,其滚动体与套圈接触面就会发生局部永久变形。该变形量随负荷增大而变大,若超过某种限度,则会影响正常运转。轴承烧伤、磨损、裂纹缺口、卡死、生锈等都有可能使轴承无法使用,但这应称为轴承故障,须与轴承寿命区分开。轴承选型不当,安装欠妥,润滑不良及密封不好等都是发生轴承故障的原因,排除这些原因便可避免轴承发生故障。2.1.5轴承的报废失效形式有下列情况轴承报废：车辆颠覆或重车脱轨后的全车轴承；发生燃轴或火灾被损伤的轴承；外圈破损的轴承；已做过大修的轴承又出现一般检修无法修复的故障缺陷的：已做过大修轴承累计使用时间达到（以轴承制造时间为准）15年（或150万公里）的；已做过大修的轴承，重新压装后使用时间达到7年（或70万公里）的；由于电流通过引起局部放电而造成斑点，凹槽或槽纹等表面电蚀损伤的轴承；锈蚀严重，不能正常转到的轴承；内，外圈均出现制造，大修单位或年代不清的轴承；工程塑料保持架从内圈组件上退下或脱落的轴承；其它无修复价值的故障。滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏，这是在安装、润滑、维护良好的条件下，由于大量重复地承受变化的接触应力所致，轴承点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强烈的振动、噪声和发烧现象；除了点蚀以外，还可能发生其它多种形式的失效，例如，润滑油不足使轴承烧伤；润滑油不清洁而使滚动体和滚道过度磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架，下表为我国近年来6K机车牵引电机轴承故障情况的统计数据。72.2轴承在运用中发热的原因2.2.1油脂缺少或变质由于油脂缺少或变质，轴承润滑状态不良，也会使轴承发热。2.2.2油脂过多若油脂增加过多，不仅无利，反而使轴承内部发生过多的摩擦和搅拌热，使轴承发热2.2.3轴承内混有异物当轴承清洗不干净，油内混有杂质，密封不良而导致水，沙进入等，均可导致轴承发热。2.2.4轴承轴向游隙过小轴承轴向间隙过小，将增加摩擦，使轴承发热，甚至导致滚子卡死引起事故。若间隙过大，则会使轴承局部负荷加大，缩短使用寿命。2.2.5转向架当转向架组装不正位或变形时，也会造成轴承别劲而发热。2.2.6轴承内部损坏8当轴承内外滚道破裂、剥离、轴承内外圈、滚子或保持架裂纹或破碎时，轴承将发热。主要原因：1.是材料或热处理不良。轴承内外圈滚道面或滚子滚动面上由于麻点、辗皮等缺陷继续发展而形成鳞片状及至不规则的更大面积的金属剥落现象（它是材料严重疲劳破坏的结果）2.是轴承在组装拆卸、清洗搬运或运用中不慎而受到不正当冲击力。3.是内圈与轴、外圈与承载配合不良。4.是局部外伤、锈蚀、偏载或过载。5.是材质正常疲劳破坏。9第三章滚动轴承故障分析及防治措施3.1故障的发现和处理3.1.1轴承常见故障概括故障轴承的症状主要是:1)滚动体及滚道裂纹、拉伤、灼痕、疲劳剥离掉块、锈蚀;2)外圈拉伤、锈蚀严重;3)内圈拉伤、裂、电蚀;4)保持架松动、铆钉断头、体裂、变形;5)内圈表面和滚子表面点腐蚀、麻点、变色等。从现场观察分析发现,造成轴承故障的主要原因有:轴承超期使用,组装质量不良,维护保养不当,润滑不良,大小齿轮啮合不良,轴承制造质量缺陷等等。3.1.2密封罩松动脱出和外圈缺损由于近年来生产厂家范围的扩大，部分轴承的技术保障能力不够，生产的轴承不能适应列车的提速要求，轴承装车后经过高速剧烈振动，极易发生封罩松动脱出，如图3—1所示，并与前盖摩擦极易引起激热，同时密封罩的松动脱出也使轴承失去了密封作用。由于轴承密封失效轴承内部极易造成泥沙、泥水，缺油，使轴承内部润滑不良，从而引发各种轴承内部故障，严重时会危机行车安全。造成此类故障的原因：一是设计上存在前盖内侧面与密封罩、油封端面间隙偏小的缺陷；二是各级检修单位对密封罩与外圈牙口处掌握不严，运行过程中由于车轮踏面故障造成冲击力过大，导致轴承外圈弹性形变而改变二者的配合状态，转8A转向架存在高速运转或通过曲线弯道时产生菱形变形的缺陷；三是超载、偏载、集重等原因。密封罩在一般检修时未及时跟换新品；密封罩经整形后未复原或者一般检修及大修时外圈牙口与密封罩过盈配合过小造成松动；提速后密封罩中的密封圈与密封座摩擦加剧，从而带动密封罩一块转动，使得密封罩松动；按照规定列检只对密封罩脱出的故障进行处理，而对密封罩松动故障不进10行处理，导致已松动的密封罩松动加剧。处理：对于这类故障按《铁路机车运用维修规章》，列检必须换轮处理，不得用力（或用木器轻轻敲击）使其复位后放行。轴承外圈缺损为车辆在装载时，如3—2所示，受到装卸机具的碰撞或车辆发生脱轨事故与其它物质相撞造成，对于此类故障列检应换轮处理图3—1轴承密封罩图3—2轴承外圈缺损3.1.3轴承烧损的特征从我国近年来发生的6K机车牵引电机轴承烧损情况分析来看，具有如下几个特征：1.轴承滚动体与内外圈滚道卡死；2.轴承及其外挡盖严重过热变色；3.内圈产生轴向相对滑动；4.轴承保持架断裂：5.外圈滚道电蚀严重；6.润滑脂烧化变稀；7.内圈滚道表面与滚动体有粘合等。这些外观现象都是轴承烧损后所能看到的基本特征。图3-3、图3-4、图3-5、图3-6为我国6K机车牵引定数提高以来发生的牵引电机轴承故障实例。11图3—3外圈滚道剥离图3—4滚动体剥离掉块图3—5滚动体破裂图3—6内圈拉伤3.1.4油脂故障缺油时，轴承转动轻松，严重缺油者，转动时明显听到滚子均匀下落的声音。缺油故障多发生在装车使用两年以上的轴承上，如这类故障没有明显的发热特征列检可以放行。油脂过多，新造或大修时注油量过大，运行中因油脂过盈而产生较高运转热，易引起红外线报轴。油脂过盈故障多发生在新装车使用两个