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论我国重大技术装备轴承的自主安全可控(2)——高速动车组轴箱轴承

2 高速动车组轴箱轴承

高速动车组轴承包括轴箱轴承变速箱轴承牵引电机轴承。本文讨论其中价值最高、可靠性和安全性也要求最高的轴箱轴承。


2.1 轴箱轴承类型

我国高速动车组应用的轴箱轴承有2类:

1)SKF双列圆柱滚子轴承(图3);

2)FAG,NSK,NTN的双列圆锥滚子轴承(图4)。

图3 双列圆柱滚子轴承的结构形式

Fig.3 Structure of double row cylindrical roller bearing

图4 双列圆锥滚子轴承的结构形式

Fig.4 Structure of double row tapered roller bearing

动车组技术来源和进口轴承的生产厂家见表3,各型动车组轴箱轴承基本信息见表3,至2020年,全国铁路拥有动车组数量3918标准组,共31344辆。

表3 动车组技术来源和进口轴承的生产厂家

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

2.2 技术指标和关键技术

高速动车组轴箱轴承的技术指标见表4,其关键技术如下。


2.2.1 轴承产品的仿真分析和数字化设计

采集并编制高速动车组轴承载荷谱,进行动力学仿真分析,产品数字化建模,产品整体结构优化设计和微观结构优化设计(包括滚动体和滚道凸度修形,滚动体球基面与挡边接触状态,各工作表面硬度和粗糙度匹配等)。


2.2.2 轴承钢材的研发和制备

制订高速动车组轴承钢材标准并按标准研发、制备高速动车组轴承钢材,提高对夹杂物和碳化物的含量、大小、形状、分布状况的控制水平。


2.2.3 轴承滚子的研发和制备

研发配套高精度圆锥滚子和圆柱滚子的先进制造工艺和数字化装备并形成生产能力。滚子圆度误差、基准端面圆跳动、基准端面圆R值散差、规值批直径变动量、规值批圆锥角变动量(仅圆锥滚子)、滚动表面粗糙度、基准端面粗糙度达到设计要求且有较大的精度储备。


2.2.4 轴承保持架的研发和制备

建立保持架稳态分析模型和动力学分析模型,建立保持架运动方程和碰撞、冲击振动方程,研究保持架设计参数对其转动惯量、运动轨迹、运动稳定性、碰撞和冲击振动响应的影响规律。通过以上分析确定合理的设计参数,以保证保持架运动稳定性和抗冲击能力。


从力学性能、抗冲击强度、吸水性、熔点、尺寸稳定性等方面进行工程塑料保持架的材料应用技术研究;制订指导工程塑料保持架生产、检验、验收及使用的规范和标准,形成工程塑料保持架的生产能力。


2.2.5 轴承密封件的研发和制备

从拉伸强度、拉断伸长率、热空气老化性能、硬度变化率、压缩永久变形量、油脂相容性、尺寸稳定性等方面研究密封件原料橡胶的配方、胶料制造工艺。


研发设计低摩擦力矩、防水防尘防漏脂、低温升、利于润滑脂循环润滑的密封结构;同时研究橡胶的硫化粘接技术与金属表面处理技术,保证橡胶与金属的粘接质量,提高密封件的使用寿命。


制订指导密封件生产、检验、验收及使用的规范和标准,形成密封件的生产能力。


2.2.6 轴承润滑脂的研发和制备

在摩擦学研究的基础上,研究轴承润滑状态、油膜厚度、接触区域演化、摩擦磨损的动态发展行为规律,研发适用于高速动车组轴承的高效润滑脂,保证轴承安全运行的润滑条件。


形成高效润滑脂生产、检测和应用的技术规范。完成轴承润滑状态监测与故障诊断技术的研发。形成高效润滑脂的生产能力。


2.2.7 组建示范生产线进行轴承样品试制

组建示范生产线,生产足够数量的用于检验、检测、台架试验和装车试验的样品。


2.2.8 轴承台架试验

制订耐久性试验、防水密封试验、防尘密封试验和综合性能试验规范并进行相应的性能试验。


2.2.9 轴承产品标准制订

大力推动和积极参与有关高速动车组轴承的铁路行业标准的制订。


2.2.10 轴承装车试验和应用

由国铁集团按其制订的试验规范进行装车试验,并实现产业化应用。


2.3 市场分析

我国历年高速动车组的生产数量见表4。预计今后若干年内,全国每年新造高速动车组300标准列左右,每标准列8辆,每辆装用8套轴箱轴承,则需轴箱轴承8×8×300=19200(套)。每年需大修同样数量的车辆,即需换装新轴承19200套。则每年的轴箱轴承需求量为38400套,每套国产轴承按6000元计算,销售额约23040万元。

表4 我国高速动车组生产数量

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

2.4 政策支持

高速铁路是战略性新兴产业,是制造强国战略的重点领域。国产高速动车组及配套轴承的开发应用引起了国家有关部委的高度重视和社会各界的广泛关注。十多年来,国家有关部委实施了一系列支持国产高速动车组轴承开发应用的政策项目,见表5(据不完全统计,这些项目核定总投资近19亿元)。

表5 支持国产高速动车组轴承开发应用的政策项目

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

2.5 高速动车组轴承自主化

由于国铁集团对高铁轴承国产化持慎重态度,轴承行业虽以“十年磨一剑”精神开发高铁轴承,至今仍未达到国产化应用,但我们仍要锲而不舍,继续推进高铁轴承自主化进程。

(参考文献略)

来源:《轴承》2022年1期(节选)



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