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          論我國(guó)重大技術(shù)裝備軸承的自主安全可控(2)——高速動(dòng)車組軸箱軸承

          2 高速動(dòng)車組軸箱軸承

          高速動(dòng)車組軸承包括軸箱軸承變速箱軸承牽引電機(jī)軸承。本文討論其中價(jià)值最高、可靠性和安全性也要求最高的軸箱軸承。


          2.1 軸箱軸承類型

          我國(guó)高速動(dòng)車組應(yīng)用的軸箱軸承有2類:

          1)SKF雙列圓柱滾子軸承(圖3);

          2)FAG,NSK,NTN的雙列圓錐滾子軸承(圖4)。

          圖3 雙列圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

          Fig.3 Structure of double row cylindrical roller bearing

          圖4 雙列圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)形式

          Fig.4 Structure of double row tapered roller bearing

          動(dòng)車組技術(shù)來(lái)源和進(jìn)口軸承的生產(chǎn)廠家見(jiàn)表3,各型動(dòng)車組軸箱軸承基本信息見(jiàn)表3,至2020年,全國(guó)鐵路擁有動(dòng)車組數(shù)量3918標(biāo)準(zhǔn)組,共31344輛。

          表3 動(dòng)車組技術(shù)來(lái)源和進(jìn)口軸承的生產(chǎn)廠家

          Tab.3 Technology sources of EMUs and manufacturers of imported bearings

          2.2 技術(shù)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)

          高速動(dòng)車組軸箱軸承的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4,其關(guān)鍵技術(shù)如下。


          2.2.1 軸承產(chǎn)品的仿真分析和數(shù)字化設(shè)計(jì)

          采集并編制高速動(dòng)車組軸承載荷譜,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析,產(chǎn)品數(shù)字化建模,產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)(包括滾動(dòng)體和滾道凸度修形,滾動(dòng)體球基面與擋邊接觸狀態(tài),各工作表面硬度和粗糙度匹配等)。


          2.2.2 軸承鋼材的研發(fā)和制備

          制訂高速動(dòng)車組軸承鋼材標(biāo)準(zhǔn)并按標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)、制備高速動(dòng)車組軸承鋼材,提高對(duì)夾雜物和碳化物的含量、大小、形狀、分布狀況的控制水平。


          2.2.3 軸承滾子的研發(fā)和制備

          研發(fā)配套高精度圓錐滾子和圓柱滾子的先進(jìn)制造工藝和數(shù)字化裝備并形成生產(chǎn)能力。滾子圓度誤差、基準(zhǔn)端面圓跳動(dòng)、基準(zhǔn)端面圓R值散差、規(guī)值批直徑變動(dòng)量、規(guī)值批圓錐角變動(dòng)量(僅圓錐滾子)、滾動(dòng)表面粗糙度、基準(zhǔn)端面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且有較大的精度儲(chǔ)備。


          2.2.4 軸承保持架的研發(fā)和制備

          建立保持架穩(wěn)態(tài)分析模型和動(dòng)力學(xué)分析模型,建立保持架運(yùn)動(dòng)方程和碰撞、沖擊振動(dòng)方程,研究保持架設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、碰撞和沖擊振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。通過(guò)以上分析確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù),以保證保持架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和抗沖擊能力。


          從力學(xué)性能、抗沖擊強(qiáng)度、吸水性、熔點(diǎn)、尺寸穩(wěn)定性等方面進(jìn)行工程塑料保持架的材料應(yīng)用技術(shù)研究;制訂指導(dǎo)工程塑料保持架生產(chǎn)、檢驗(yàn)、驗(yàn)收及使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),形成工程塑料保持架的生產(chǎn)能力。


          2.2.5 軸承密封件的研發(fā)和制備

          從拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、熱空氣老化性能、硬度變化率、壓縮永久變形量、油脂相容性、尺寸穩(wěn)定性等方面研究密封件原料橡膠的配方、膠料制造工藝。


          研發(fā)設(shè)計(jì)低摩擦力矩、防水防塵防漏脂、低溫升、利于潤(rùn)滑脂循環(huán)潤(rùn)滑的密封結(jié)構(gòu);同時(shí)研究橡膠的硫化粘接技術(shù)與金屬表面處理技術(shù),保證橡膠與金屬的粘接質(zhì)量,提高密封件的使用壽命。


          制訂指導(dǎo)密封件生產(chǎn)、檢驗(yàn)、驗(yàn)收及使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),形成密封件的生產(chǎn)能力。


          2.2.6 軸承潤(rùn)滑脂的研發(fā)和制備

          在摩擦學(xué)研究的基礎(chǔ)上,研究軸承潤(rùn)滑狀態(tài)、油膜厚度、接觸區(qū)域演化、摩擦磨損的動(dòng)態(tài)發(fā)展行為規(guī)律,研發(fā)適用于高速動(dòng)車組軸承的高效潤(rùn)滑脂,保證軸承安全運(yùn)行的潤(rùn)滑條件。


          形成高效潤(rùn)滑脂生產(chǎn)、檢測(cè)和應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范。完成軸承潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研發(fā)。形成高效潤(rùn)滑脂的生產(chǎn)能力。


          2.2.7 組建示范生產(chǎn)線進(jìn)行軸承樣品試制

          組建示范生產(chǎn)線,生產(chǎn)足夠數(shù)量的用于檢驗(yàn)、檢測(cè)、臺(tái)架試驗(yàn)和裝車試驗(yàn)的樣品。


          2.2.8 軸承臺(tái)架試驗(yàn)

          制訂耐久性試驗(yàn)、防水密封試驗(yàn)、防塵密封試驗(yàn)和綜合性能試驗(yàn)規(guī)范并進(jìn)行相應(yīng)的性能試驗(yàn)。


          2.2.9 軸承產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制訂

          大力推動(dòng)和積極參與有關(guān)高速動(dòng)車組軸承的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。


          2.2.10 軸承裝車試驗(yàn)和應(yīng)用

          由國(guó)鐵集團(tuán)按其制訂的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行裝車試驗(yàn),并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


          2.3 市場(chǎng)分析

          我國(guó)歷年高速動(dòng)車組的生產(chǎn)數(shù)量見(jiàn)表4。預(yù)計(jì)今后若干年內(nèi),全國(guó)每年新造高速動(dòng)車組300標(biāo)準(zhǔn)列左右,每標(biāo)準(zhǔn)列8輛,每輛裝用8套軸箱軸承,則需軸箱軸承8×8×300=19200(套)。每年需大修同樣數(shù)量的車輛,即需換裝新軸承19200套。則每年的軸箱軸承需求量為38400套,每套國(guó)產(chǎn)軸承按6000元計(jì)算,銷售額約23040萬(wàn)元。

          表4 我國(guó)高速動(dòng)車組生產(chǎn)數(shù)量

          Tab.4 Production number of high-speed EMUs in China

          2.4 政策支持

          高速鐵路是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重點(diǎn)領(lǐng)域。國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組及配套軸承的開發(fā)應(yīng)用引起了國(guó)家有關(guān)部委的高度重視和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。十多年來(lái),國(guó)家有關(guān)部委實(shí)施了一系列支持國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組軸承開發(fā)應(yīng)用的政策項(xiàng)目,見(jiàn)表5(據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),這些項(xiàng)目核定總投資近19億元)。

          表5 支持國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組軸承開發(fā)應(yīng)用的政策項(xiàng)目

          Tab.5  Policy projects implemented to support development and application of bearings for domestic high-speed EMUs

          2.5 高速動(dòng)車組軸承自主化

          由于國(guó)鐵集團(tuán)對(duì)高鐵軸承國(guó)產(chǎn)化持慎重態(tài)度,軸承行業(yè)雖以“十年磨一劍”精神開發(fā)高鐵軸承,至今仍未達(dá)到國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用,但我們?nèi)砸浂簧幔^續(xù)推進(jìn)高鐵軸承自主化進(jìn)程。

          (參考文獻(xiàn)略)

          來(lái)源:《軸承》2022年1期(節(jié)選)



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