铁路车辆构造新技术.docx

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铁路车辆构造新技术

缩短型车轴

一、背景及现状：

随着铁路运输事业的不断发展，特别是铁路实现六次大提速以来，货车轴重、载重及列车编组数量、速度已经有了较大的提高。

根据铁路跨越式发展形式，为适应货车提速、重载的需要，载重由60t至70t及以上，轴重由21t至23t、25t，商业运行速度由80km/h至120km/h。

近年来，铁路货车系统以“五防”（防切、防脱、防分离、防燃、防大件断裂）为重点，积极开展各项工作，货车运用安全情况有了较大的改善。

但目前货车冷切、热切事故仍然是威胁铁路安全的最大隐患，它仍是做好货车“五防”工作的重中之重。

消除货车切轴事故要丛源头抓起，消灭冷切轴要解决好车轴问题，消灭热切轴要解决好轴承问题。

二、货车冷切轴的原因：

载重60t货车以装用RD2型轮对为主，冷切轴发生的部位主要集中在轴颈根部（卸荷槽部位），极个别发生在轮座部位。

经计算，轴颈根部的应力较大，另外轴颈根部几何尺寸超差，表面粗糙、锈蚀、刀痕等缺陷，极易发生冷切轴。

三、货车车轴冷切轴的防止措施：

1、加大轴颈直径：

改变车轴、轴承的标准体系，形成转向架2个体系结构，不利于生产、检修，则该措施不可采用。

2、采用缩短型车轴：

只需改变车轴的长度标准，轴承只需轴颈变化即可，对车辆的其他结构无影响。

（1）60t载重、21t轴重货车车轴采取的措施：

03年：

暂停使用RD2车轴等级轴；

04年：

规范RD2车轴加工工艺，特别是规范了卸荷槽部位的加工工艺和质量要求

07年：

新制车轴全部无卸荷槽加工方案。

（2）70t载重、25t轴重货车采用缩短型车轴：

三种车轴参数性能对照表

RE2

RE2A

RE2B

应用情况

仅装车试验未推广使用

98年设计使用（过度）

05年为70t级设计使用（主型）

车轴载荷中心距

1956

1981

1981

载荷中心到轴颈根部的距离

135

125

110

全长

2166

2191

2181

卸荷槽结构

有

两种有卸荷槽、一种无卸荷槽

无

（3）RE2B车轴主要结构特点及用途：

与现有的RE2A车轴相比，车轴载荷中心到轴颈根部的距离缩短了15mm，使轴颈根部应力降低了14.0%，弯曲变形量降低了39.2%。

材质为LZW车轴钢（车轴是用平炉、电炉或氧气碱性转炉冶炼的镇静钢锭或钢坯，加热锻造成型，经热处理和机械加工而成。

车轴钢分为40钢和50钢两种优质碳素钢），仅采用了无卸荷槽一种形式，提高了轮对的可靠性延长了检修周期降低了轮轴的检修成本将成为我国货车的主型轮对。

该车轴能够满足转K5\转K6型转向架的组装要求，可以与RE2A车轴组成的轮对互换使用。

车轮

目前我国铁道车辆上使用的车轮为整体辗钢轮和新型铸钢轮，简称为整体轮。

为满足高速车辆的要求，近年来又研制了高速轻型车轮，使车轮轻量化，以减少高速运行时轮轨之间的动力作用力。

车轮按其辐板形状可分为直辐板形车轮和S形辐板车轮。

一、S型辐板车轮：

1、现用直辐型车论存在的问题及原因：

（1）存在的问题

铁道部四方车辆研究所，经过对运用车轮裂损情况的调查，发现车轮的裂损故障主要是轮辋、辐板裂纹

（2）原因

其原因除因制造缺陷所致之外，主要是车轮结构不合理：

a、据对现行客货车直辐板车轮所进行的有限元强度计算结果表明，直辐板车轮应力分布不均，在所有计算工况下，车轮辐板都出现严重的应力集中现象。

b、当轮辋磨耗到限时，在辐板外侧向轮毂过渡处应力已超过弹性极限，产生塑性变形，降低了车轮强度。

辐板应力集中是导致运用中辐板疲劳裂纹的主要原因之一，辐板孔周边应力集中也容易产生疲劳裂纹。

c、由于直辐板车轮形状不合理，在制动热负荷作用下还将产生过大的热应力，其数值约为机械应力的4-6倍，是运用中车轮产生热裂的主要原因。

2、S型辐板车轮的特点：

（1）辐板形状合理：

辐板为S型，全部用圆弧连接

取消了辐板孔

采用LM型踏面

适当减薄轮毂壁厚具有实用、经济和节能的优点。

最小可以为30mm。

（2）消除了应力集中现象

应力分布合理应力：

S型辐板车轮的应力都在屈服极限以下，而原车轮最大应力已超过屈服极限。

车轮热应力明显下降：

辐板呈S形，减少了对轮辋的约束。

可比原形车轮承受更大的制动热负荷

（3）车轮变形值发生了变化：

轴向变形减少，提高运行安全性；径向变形增加，改善辐板对轮辋的约束。

（4）S型辐板车轮大多采用CL60车轮钢，要求严格控制其纯净度，以提高车轮内在质量。

采用先进的间歇淬火或三面淬火新工艺，提高轮辋的淬透性和轮辋断面的硬度分布均匀性。

车轮为全加工、全抛丸、全探伤，有效消除了由于尺寸公差超差所造成的踏面不圆，车轮偏心等问题。

严格控制车轮残余静平衡值，使制造精度大大提高。

二、新型铸钢车轮：

20世纪50至60年代，我国曾广泛地使用过铸钢车轮。

由于那时冶炼技术与浇注工艺落后，生产的铸钢车轮质量不高，另外，在运用中也出现了一些问题。

因此停止了研究和生产。

近年来，国外铸钢车轮一直在发展，我国铁路大同爱碧玺铸造有限公司与美国ABC-NACO铁路产品公司联合设计制造了新型铸钢车轮，进而解决目前辗刚车轮供不应求的问题。

1、新型铸钢车轮生产工艺：

采用电弧炉炼钢、石墨铸型、雨淋式浇口浇注工艺。

（1）采用电弧熔炼钢水，钢水纯度高。

（2）采用石墨铸型，使铸件表面光洁，尺寸精度高，由于石墨导热性能优良，铸件凝固速度快，晶粒细化，可提高材质机械性能和车轮的内在质量。

（3）采用雨淋式浇口浇注工艺，冒口和浇口设在同一位置，浇注时钢水由轮辋、辐板至轮毂顺序凝固，补缩用的钢水自冒口沿补缩通道不断补充，达到最佳补缩效果。

铸成后的车轮，进行缓冷处理，使铸件各部位均匀冷却，以消除内应力。

随之进行热轮抛丸以清除表面余砂及氧化铁皮，再进行加热、淬火及回火的热处理工艺，对辐板要求进行抛丸处理，提高车轮的使用寿命。

2、铸钢车轮的优点：

生产工艺简单

节省能源（节能40%-60%）

金属收得率高（70%提高到90%）

机械加工量少

生产成本低（50%）

3、新型铸钢车轮与辗钢轮的区别：

（1）铸钢车轮是由钢水在生产线上直接铸造成型。

与辗钢车轮相比，省去了铸锭、截断再加热、水压机压型、冲空等许多工序，劳动力消耗少，生产能耗低。

（2）由于采用石墨型浇注工艺，避免了辗钢车轮由于下料偏差引起的尺寸和重量偏差，使新型铸钢轮尺寸精确、几何形状好、内部组织均匀、质量分布均匀，轮轨之间动力作用相对小。

（3）新型铸钢轮辐板为深盆形结构（又称流线型结构），耐疲劳、抗热裂性的性能均优于辗钢轮。

新型铸钢轮的化学成分与辗钢轮相近，二者的标准中所有技术要求相同，探伤和检验的标准相同。

而新型铸钢轮轮辋的要求更高一些。

紧凑型轴承

一、货车热切轴的原因和防止措施：

1、原因：

热切轴的主要原因是配件破损失效，其中最严重的是钢保持架破裂、折损，使轴承内组件卡滞，功能失效，引发温度升高，失效加剧，从而热切轴。

2、防止措施：

采用工程塑料保持架。

一是解决刚保持架易裂损的问题，二是工程塑料保持架具有自润滑作用。

具体措施：

2005年要求加快淘汰钢保持架，换装工程塑料保持架。

全部采用迷宫式或非接触式油封。

二、既有货车轴承的实际情况：

1、既有货车轴承的数量、种类：

截止2005年，我国既有货车共计65万辆。

60t车62.5万辆，520余万套轴承、SKF、X2-2RZ。

70t、76t、80t车2.5万辆，20万套轴承德国FAG：

TAROL150R、瑞典SKF：

TBU150、美国TIMKEN：

AP150、美国BRENCO。

2、货车轴承结构形式：

钢保持架200万套，工程塑料保持架310万套；

非接触式油封（迷宫式300万套），接触式油封（SKF和进口轴承200万套）

3、存在的问题：

（1）轴承品种、型号多（21t：

五种；25t：

五种）不利于提高效率。

（2）检修不便：

不能互换。

密封结构的不同，温升不同，红外线预报标准分别为400C、550C。

则红外线预报后据不同温升去判别轴承，以便确定是否更换轮对，使运用极为不方便。

（3）不便于轴承统一管理：

“

多种不同型号的轴承不同的制造检修标准，特别是轴承发生故障时，查找原因极为复杂。

（4）钢保持架由于制造工艺的局限性，各兜孔尺寸误差较大，影响了轴承的旋转性能，一旦发生卡滞，极有可能发生热轴或热切轴故障，检车员通过“七字“检查法发现的无温升轴承故障大部分为保持架故障。

三、紧凑型轴承技术的发展：

1、在25t紧凑型轴承上统一标准，并决定在70t及以上栽重货车上装用紧凑性轴承。

2、近年来我国70t及以上货车使用的轴承有FAG：

TAROL150、SKF：

TBU150、TIMEN：

AP150、X2-2RZ、A、C等型号。

3、SKF公司在过去10年与南口厂合资产品占国内铁路货车用轴承锝80%，其技术处于保密状态，通过谈判签定了技术合作协议（以市场换技术），国内七家轴承厂按铁道部制定的统一的轴承标准进行生产，无偿使用SKF轴承技术（CTBU150轴承专为中国设计，在美国、澳大利亚有5年运用经验），设计和工艺在国际上处于领先地位。

根据CTBU150型轴承设计图样和技术条件，技术委员会制定了新结构B紧凑型轴承标准。

四、X2-2RZ型轴承的结构特点：

X2-2RZ型轴承是1999年由四方研究所研制使用于提速货车转向架的一种新型轴承。

（1）外圈：

带有两个倾斜的滚道，两端薄壁为牙口，牙口根部设有油沟以嵌入密封罩凸边，防脱落或漏油脂，在外圈外表面中部有一圈宽13mm，深0.5mm凹槽刻打标记。

采用G20CrMoA电渣重熔轴承钢制造。

滚道表面进行渗碳处理，使轴承外圈表面耐磨性提高，内部保持较高的韧性从而提高了抗压强度和冲击韧性。

表面施行磷化处理，可以防止锈蚀和提高润滑效果。

（2）内圈：

双档边结构。

为了大挡边与滚子球基面接触带控制在大挡边中部便于润滑和减少摩擦，内圈大挡边设计成7059/

内圈的材质、热处理要求及磷化处理要求同外圈。

（3）滚子：

圆锥体结构。

每套轴承40个滚子。

滚动面素线为一对数曲线，使滚子表面接触应力分布均匀，避免两端应力集中。

（4）保持架：

保持架整体呈圆锥形采用钢板冲压而成，将滚子与内圈组合在一起，2004年9月1日以后新造、大修的轴承换装工程塑料保持架。

（5）中隔圈：

45号钢制造表面磷化处理，装于两内圈之间调整轴向游隙

（6）密封装置：

密封罩：

2.5mm厚的T10钢板压型而成表面磷化处理。

密封罩大端外圆周面有凸边以嵌入外圈油沟，大端外圆与外圈牙口过盈配合。

密封罩小端为直通式不在设油封挡边，以适应安装新型油封的需要。

油封：

为非接触式橡胶迷宫油封，由内油封和外油封组合而成，外油封安装在密封罩最小直径的圆周内，内油封与密封座紧密配合。

轴承组装后，内外油封之间不接触，但它们之间的凹凸槽相互配合形成密封迷宫。

密封座：

其断面为“┓”形状，内圈直径较小的圆周与轴颈过盈配合，直径较大的圆周上不再开有小孔，从而不再加油或排气的功能。

前、后密封座与前盖及后挡配合后，还起到轴承内圈的定位作用。

（7）前盖：

因随车轴转动，又叫旋转前盖。

3个M22螺栓孔用螺栓固定在车轴端面作为轴承前端的主要支承，压紧密封座其上突起檐起保护密封罩作用。

（8）防松片：

由厚1.5mm钢板压制而成，安装后将止耳翘起，防止螺栓松动。

每个防松片只可以使用一次。

（9）标志板：

一般由软性不锈钢板制作。

标志板刻打的内容

左端

右端

A栏：

首次装用年月，制造（大修）厂代号，分类代号，等级代号。

A栏：

首次装用年月，制造（大修）厂代号，分类代号，等级代号。

B栏：

轮对第一次组装年月日，左，轴号。

B栏：

轮对最后一次组装年月日，轮对组装单位代号。

C栏：

轴承本次装用年月日

C栏：

轴承本次装用年月日

D栏：

轴承本次装用单位，一般检修标记。

D栏轴承本次装用单位，一般检修标记。

（10）后挡：

突起檐遮住密封罩后端起保护作用，其密封座槽为内侧密封座支撑，在老式后挡上有一个通气栓孔，内装通气栓。

新式后挡现已取消通气栓。

后挡的防尘座柄过盈配合于防尘板座上。

（11）施封锁：

又叫铅封，即是封条又可防止螺栓松动，在它的六菱柱锁头上刻打有施封锁的生产厂家及使用单位的代号，如刻有“TJ”、“601”，表示施封锁由天津东车辆段生产、衡阳车辆段装车使用。

（12）轴端螺栓：

通过压紧前盖起到防止轴承外移的作用。

为35号钢制成的M22标准螺栓，螺栓的六角面顶端必须刻打生产厂代号标记、制造年份标记及“35”字样。

检查中如发现轴端螺栓全部松动或丢失一条及以上时，须退检轴承。

（13）承载鞍：

a、普通型：

（与导框的配合是外卡式）顶部有R2000mm的凸圆弧面以使车体传来的载荷集中在圆弧中部平均分配到轴承及轴颈。

b、窄型：

（与侧架导框的配合是内卡式）

c、摆动型：

（与侧架导框的配合是内卡式）顶部有R250mm的凹圆弧面，与侧架导框上部的摇动台配合以实现侧架的左右摆动。

五、SKF型轴承的结构特点：

1998年SKF与南口工厂和资生产。

采用工程塑料保持架、滚子素线为曲线端面为球面形、采用接触式橡胶油封（一体式）。

六、紧凑型轴承（B）的特点：

1、采用最少的轴承零件，取消了密封座，整体缩短和紧凑型设计，以适合缩短的轴颈。

2、采用了低摩擦式油封-LL油封，油封的固定件安装在轴承外圈的两端牙口上，旋转件安装在轴承内圈的大挡边外径上。

3、在后挡与轴承内圈大端面之间安装了一个塑钢隔圈，消除了内圈和后挡接触面产生的微动腐蚀，提高了轴承的安全性。

4、在保持架的兜孔上留有独特的检查兜孔，能够方便地检查内圈滚道和大挡边。

5、独特的住脂工艺保证油脂均匀和注脂量精确。

中隔圈部位与内组件部位均有注脂量要求，以区别于传统的轴承整体注脂量。

6、后挡被压装到轴颈的轴肩上，对后挡与塑钢隔圈的安装部位做了特别设计。

七、滚动轴承代号：

1、GB/T273-1988标准表示法。

轴承代号由汉语拼音字母和数字组成。

前段：

数字和字母组成，数字表示游隙系列（基本数字为0辅助数字为1~9），字母（B、C、D、E、（F）、G）表示精度等级。

中段：

七位数字表示轴承基本型号。

七——宽度系列，六五——结构特点，四——轴承型号，三——直径系列，二一——内径系列。

后段：

（补充代号）用字母和数字表示轴承结构改变和特殊技术要求。

SKF——斯凯孚厂家代号

19——结构特点为密封式双列圆锥滚子

7——轴承类型为圆锥轴承

7——直径系列为非标准系列

26——内径为26*5=130mm

K1、K2——内径尺寸改变（减小0.5、1.0）

1、GB/T272-1993标准表示法：

前置代号：

为基本代号前的补充代号。

用字母表示轴承的结构形状等特点。

基本代号：

是轴承代号的基础。

表示轴承的基本类型结构和尺寸。

后置代号：

用字母（或加数字）表示轴承尺寸、公差、材料、技术要求有改变时再在基本代号后增加的补充代号。

35——结构特点为密封式双列圆锥滚子轴承

2——宽度系列代号为2

2——直径系列代号为2

26——内径为26*5=130mm

X2——宽度为非标准系列

2RZ——轴承两端面带骨架式橡胶密封圈（非接触式）

紧凑型B（同上，略去）

八、铁路货车用滚动轴承的精度等级及游隙：

1、滚动轴承的精度：

基本尺寸精度：

轴承内径、外径和宽度的允许偏差。

旋转精度：

内圈端面侧摆，内圈和外圈的径向摆动，内圈和外圈的滚道侧摆，内圈两端面平行差等。

每种精度又分为：

普通级G、较高级F、高级E、精密级D、超精密级C、超级B。

2、滚动轴承的游隙：

径向游隙：

内、外圈滚道与滚子之间的内部间隙。

它是在轴承自由状态下，当外圈不动，内圈和滚子转动时，每转动1200测量一次径向间隙，共测量三次的数据的算术平均值。

轴向游隙：

轴承内外圈沿其轴线的相互位移量。

货车用圆锥轴承的轴向游隙规定为0.6~0.7，一般采取调整中隔圈的宽度来控制。

九、铁路货车滚动轴承的润滑脂：

1、润滑脂润滑的特点：

润滑脂是由润滑油稠化剂及添加剂组成的膏状混合物。

它的特点是：

油膜强度高，能承受较高的负荷；

缓冲性能好，能承受较大的冲击和震动；

粘附性好，在低中速时不宜流失；

密封和防护性能好，可有效防止灰尘、水分及其他有害物质侵入轴承；

粘温性能好，油脂粘度受温度变化的影响较小，故可在较大温度范围内使用。

2、铁路货车滚动轴承对润滑脂性能的要求：

具有较好的机械的安定性；

具有良好的胶体安定性；

具有良好的氧化安定性；

有一定的抗乳化性；

具有良好的温度特性。

3、货车滚动轴承的润滑脂：

一般使用Ⅱ型润滑脂，SKF型轴承使用改进型铁道滚动轴承Ⅱ型锂基润滑脂，B使用铁道车辆滚动轴承Ⅳ型润滑脂。

十、列检所对轴箱油润装置的检查法：

1、滚动轴承温升的形成：

货车在运用中，由于滚子与内外圈滚道滚动摩擦，滚子与保持架滑动摩擦，滚子端部与内外圈挡边之间滑动摩擦，在各种外力作用下相互摩擦产生热量，促使轴承发热，形成轴温。

因此轴温与轴承种类、组装间隙、光洁度、润滑脂的质量、载荷、运行速度、连续运行时间、气温和车辆本身状态、线路状况有关。

在处理热轴故障时应作认真的分析。

2、滚动轴承的轴温变化规律：

车辆在运行中滚动轴承的内外圈和滚子之间在各种外力作用下互相磨擦，产生相当的热量，通过轴承、轴箱向大气中传导，处于热平衡状态，称为运转热。

滚动轴承的运转热温度比外界温度高15-300C，轴箱内部温度比表面温度在冬季约高30-400C，在夏季约高100C左右，夏季在300C时，轴箱内温度可达700C，冬季在-300C时，轴箱内温度可达30-400C。

3、滚动轴承热轴故障的检查判断方法：

一“听”列车进站时的车轮振动异响和轴承磨擦声。

二“看”轴承外观故障特征。

三“摸”轴温鉴别异温处的。

四“比”轴温确定故障部位。

五“捻”轴承溢出的轴油质量情况。

六“转”轴承手感判断轴承内部缺陷。

七“鉴”轴承综合鉴定断明真伪。

八“联”，即用联防法消除安全隐患。