（机械工程专业论文）铁路货车滚动轴承压装力与压装力曲线的研究.pdf

摘要 随着列车提速，对机车车辆运行的平稳性和安全性提出了更燕的要求， 而轮对轴承压装质量在保证列车安全中起到了重要作用。本文就货车车辆 轴承压装质量标准及控制措施进曩亍了有益的研究和探索。主要内容有：结 合目前我国现有轮轴检修装备技术的情况，分析滚动轴承藤装理论及压装 力的数学模型，提出了压装力检验的标准；同时还进行了标准压装力曲线 的研究。着重论述了应从轴承最大压装力和压装力曲线两个方面来保讧e 压 装质量。 根据铁道部车辆f 1 9 9 8 1 3 0 号文件铁路货车轮对和滚动轴承缀装及检 修规则，判断轴承压装质量的标准主要有最大压装力、终止贴合压力及 贴合压力保疆时间三项指标。本文首先从联论上建立轴颈无锥度压装力数 学模型和有锥度压装力数学模型，根据现场生产情况提出了轴承压装力的 检测标准，还提出了轴承压装过程中不仅仅要求最大压装力、终止皴合压 力、贴合时阅符合规定标准，还要求整个过程也符合要求，即压装过程中 的嚣装力麴线应不能超越极限压装曲线。为此进行了标准鼷装力曲线的研 究。从理论推导和仿真分析得出了在最大、最小过盈量下的两条极限压装 熬线，这就是标雄压装力赫线。它是对铁道部现有辘承压装质量标准的有 益补充。由于目前大多采用p 一曲线，受诸多因索影响较大。因此，我 们建议应尽快推广使用p s 盐线辘承压装枫。 本文所得结论为铁路货车轮对滚动轴承压装质量的判定与控制提供 了参考依据。 关键词：车辆，滚动轴承，压装，质量控制 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to ft h el o c o m o t i v e ss p e e d ，h i g h e rs m o o o t h n e s s a n ds a f t ya r er e q u i r e d t h ea s s e m b l i n gq u a l i t yo fw h e e l s e tp l a ya ni m p o r t a n t p a r ti nt h es a f t yo fv e h i c l e t h ep r o f i t a b l er e s e a r c ha n de x p l o r ea r ec a r r i e do u t t h eo b j e c tm a t t e ri n c l u d e ：a c c o r d i n gt ot h ea c t u a l i t yo fo u ro v e r h a u le q m p t e c h n i q u e t h et h e o r y o fr o l l i n gb e a r i n ga n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f a s s e m b l i n gp o w e ra r ea n a l y z e d ；t h et e s t i n gs t a n d a r do fa s s e m b l i n gp o w e r a r e p u tf o r w a r d ；a f t e rt h er e s e a r c ho fs t a n d a r da s s e m b l i n gc u r v e t h ea s s e m b l i n g q u a l i t yi sa s s u r e db y t h el a r g e s ta s s e m b l i n gp o w e ra n dc u r v e a c c o r d i n gt ot h et h i r t i e t hd o c u m e n to fr a i l w a yd e p a r t m e n ti n 19 9 8 ，t h e c r i t e r i o no fb e a r i n ga s s e m b l i n gq u a l i t yi sd e t e r m i n e db yt h el a r g e s ta s s e m b l i n g p o w e r , t h ee n d i n gj o i n tp r e s s u r e a n dj o i n t p r e s s u r e d w e l lt i m e t h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo fz e r od r a f ta s s e m b l i n gp o w e ra n dt h eo t h e rw i t hd r a f t a r ec r e a t e d t h ed e t e c t i o ns t a n d a r db a s e do ns i t ei sb r o u g h tf o r w a r d i nt h e p r o c e s so f b e a r i n ga s s e m b l i n g ，i t sn o to n l yi na c c o r d a n c ew i t ht h e t h r e ei n d e x ，b u ta l s oc a n te x c e e dt h el i m i ta s s e m b l i n gc u r v e a f t e r t h e o r e t i c a ld e r i v a t i o na n ds i m u l a t i o n ，t h es t a n d a r dp r e s s u r ec u r v ei sa r r i v e da t i ti st h eu s e f u lc o m p l e m e n t a r i t yt o t h eq u a li t ys t a n d a r do fb e a ri n g a s s e m b l i n g d u et ot h e p - tc u r v e d i s a d v a n t a g e ，t h eb e a r i n g a s s e m b l i n gp r e s sw i t hp sc u r v es h o u l db ep o p u l a r i z e da ss o o na sp o s s i b l e t h ec o n c l u s i o ni st h ee v i d e n c eo fr o l l i n gb e a r i n gq u a l i t y sj u d g e m e n ta n d c o n t r o l l i n g k e y w o r d s ：v e h i c l e ，r o l l i n gb e a r i n g ，a s s e m b l i n g ，q u a l i t yc o n t r o l ：l = 程硕士学位论文第一章绪论 第1 章绪论 1 1 铁路车辆滚动轴承压装质量控制的意义 近4 0 年是中国铁路发展最快的时期，铁路车辆实现了完全滚动轴承化。铁路车 辆轮轴技术的提高是中国铁路装备现代化的重要标志，是中国铁路提速、重载技术发 展的重要支撑点。 高速、重载是铁路运输发展的目标，安全运输是各项保障工作的重中之重。货车 滚动轴承压装机是保证压装的关键设备，它直接影响着轴承压装质量和记录的准确 性。通过轴承压装机进行轴承压装，可以监督轴承选配，及时发现轴承缺陷，把不安 全因素消灭在萌芽状态，保证列车运行安全。 实践证明，轴承压装质量不高是列车 发生热切轴事故的原因之一【i ，2 】，尤其是列车提速后对轴承压装质量提出了更高的要 求，因此对压装技术和装备的研究，也是货车轮轴检修技术创新和制度改革的课题。 1 0 0 年来，许多铁路科技工作者坚持不懈地致力于轮轴技术的研究，为铁路的发 展作出了卓越的贡献。自1 9 6 3 年在意大利召开的第一届国际轮轴会议以来，世界轮 轴技术有了很大的进步。我国的轮轴技术与国外相比尽管有一段距离，但也有了很大 的提高。轮轴压装质量控制是我国轮轴技术水平的一个重要方面。从某种意义上来说， 高效、优质的轮轴压装质量控制水平是我国轮轴技术的直接推动力。 中国铁路经过近2 0 年的发展，现在不仅基本实现了滚动轴承化，而且在轴承的 运用检修体制、技术管理、设备等方面都得到了完善，应用可靠性大大提高。进一步 加强轴承检修、压装质量控制技术方面的研究，将为中国铁路提高运量、运行速度和 运行安全性起到更加重要的作用。 目前，我国铁路货车轮对轴承采用冷压法安装，在轮对组装流水线上由铁路货车 轴承压装系统完成。铁路货车轴承压装力是直接影响轴承压装质量的关键参数，铁道 部对于轮对轴承压装过程中技术规范有明确的规定，对轴承压装力、贴合压力、保压 时间等都有严格的标准。轴承压装质量控制是轮轴检修中的重要环节，各个车辆工厂、 车辆段和设计院所在压装设备和工艺方面均作了大量有益的研究工作。 1 2 轴承压装技术的发展过程 1 2 1 压装机技术的现状 l ：程硕士学位论文 第一章绪论 我国铁路通用货车自1 9 6 5 年开始试安装无轴箱滚动轴承，1 9 8 0 年开始在铁路 货车上有计划大量安装1 9 7 7 2 6 型滚动轴承。当时多使用看表计数移动式装卸油压机 向车轴上安装滚动轴承，由于采用这种方式压装前安装操作比较繁锁，准备工作时间 长，且压装力看表计数误差较大。因此，铁路通用货车滚动轴承压装大多已停止使用 这种装备。但由于移动式轴承装卸油压机环境适应能力强，机动灵活，在某些特殊情 况下还需使用等特点，可将其改装成便携式微机控制系统，以满足小批量、多品种大 型滚动轴承压装的需求【1 1 。 1 9 8 9 年开始大量使用单板机记录固定式悬臂双缸压装机。铁道部文件“铁辆 1 9 9 2 1 4 6 号”关于发布铁路货车无轴箱滚动轴承一般检修( 段修) 的规则的通知 中规定“必须采用能打印压力曲线并有自动报警装置的固定式压装机压装轴承”，对 压装机结构预以明确。自此，自动化控制固定式双端同时压装的压装机逐步投入铁路 厂、段应用。 但由于固定式悬臂双缸压装机由于整体刚度不足，使得底座与安装座之间容易产 生疲劳裂纹，油缸前端压装上扬，影响整体综合性能发挥。鉴于此，设计了整体承载 全钢结构双缸压装机。随着p l c 可编程控制器技术的产生和发展，人们逐渐将程序 技术用于压装机的自动控制之中。1 9 9 5 年以来，微机控制与记录一体化固定式整体承 载全钢结构双缸压装机开始实行投入应用。在此基础上产生了能完善上述功能的新一 代压装机，压装设备的发展和压装力技术指标标准的统一，为轴承制造质量和压装质 量明确了责任，促进了产品质量的提高：并促进了控制方式的飞跃，进一步稳定了轴 承压装质量。本文正是研究影响轴承压装力的主要因素、如何提高计测的可靠性及对 轴承压装力的检测标准提出了自己的看法，分析了如何保证压装力曲线的真实性，并 提出了设计新型压力一位移压装机的构想。 1 2 2 压装机的分类与发展 不同厂家的轴承压装机型号不同，但按照结构形式分为移动式轴承装卸油压机， 固定悬臂式双缸压装机和固定式承载全钢结构双缸压装机三种；从控制方式上讲，可 以分为电路板控制，单片机控制，p l c 可编程控制器控制几种方式；压装力指示装 置按照功能和结构可以分为模拟仪表指示式，数字仪表式，单片机式和微机型式等；从 质量控制原理方面可以分为压力时间压装机和压力一位移压装机 4 | 6 , 9 , 1 6 , 2 3 , 2 4 , 3 1 1 。 目前铁路车辆部门应用的滚动轴承压装设备按结构形式可以分为移动式轴承装卸 油压机、固定悬臂式双缸压装机和固定式承载全钢结构双缸压装机三种，现分别对其 性能进行说明1 1 1 。 ：i ：程硕士学位论文第一章绪论 ( 1 ) 移动式轴承装卸油压机 最早出现的货车轴承压装设备是移动式轴承装卸油压机，移动式轴承装卸油压机 总体布局是一个三轮小车，压力油缸、齿轮泵站、油箱均安装在小车上，并有引导套、 压套、拉杆、卡板、顶套等附件所组成。轴承压装时需安装附件才能进行工作，因此 铁路通用货车滚动轴承压装已大多停止使用这种设备。 最近，齐车集团公司齐齐哈尔泰格自动化工程公司利用移动式轴承装卸油压机环 境适应能力强、机动灵活等特点，在特殊情况下还需使用的具体情况，在移动式轴承 装卸油压机上安装了便携式微机控制系统，具备了能记录、打印轴承的压装力及终止 贴合压力曲线和储存功能，并打印压压装力曲线拐点判断线，实施压装力曲线智能判 断，以满足小批量、多品种大型滚动轴承的需求。解决了轴承压装力看表计数误差大 的缺陷。 移动式轴承装卸油压机尽管不是固定式压装机，但其压力油缸高度可根据需要调 整，油压机油缸活塞与滚动轴承、车轴轴颈同轴度较好，基本可以保证压装力传递的 准确性，对轴承不会造成损伤，在一定范围内能适应较大级别压装力要求的轴承压装 ( 如f 型轮对轴承的压装) 和退卸，所以移动式油压机至今仍是铁路货车小批量生 产、特殊轴承压装和退卸的基本设备。 如图1 】移动式轴承装卸油压机 ( 2 )固定悬臂式压装机 固定悬臂式压装机主要由机座、两个压力油缸安装座、两个轴承压力油缸、两只 轮对顶起油缸、轮对定位机构、轴承支承及输送机构、液压站、单片微型机记录及打 印自动控制装置等部分组成( 如图1 2 ) 稷硬七学位论文 第一蠢绪论 鹫1 2塾| 定惹鹫姣藤装瓿缝籀溅壤 这耱双灞溺时器装鲸滚掇传动罄瓮式嚣液税，实现了铁遴酃“辘承必须袋掰靛打 印压装力曲线的固定式压装机米压装”鲍规定要求，湖此货车厂大都采厢该型机来代 替移霸式辕承获帮淤嚣税。毯在使雳中这耱蒸装撬遣豢露一些赣疆：缭稳嚣瘦不是， 在弯曲力矩反复作用下，压装机底座同压装帆油缸安装座谶按处逐渐产生疲势裂纹， 造成漓缸静端上扬，漓缸活蘩与漓缸内壁稻镦，油缸活塞液疆涵灌漏敌簿不断接现： 滚蘧系统中薄个压力漆鑫兔一个控翱淹缀，逡袋嚣漓惑器力镶豆于撬，疆承基辩麦寒 窜动，使压装过稳压装力数据传递不凇确，影响压装灏线搦点的准确稳，使得压装力 记录不准确。 这耱压装撬擦露 避录系统袋弼单冀微型瓿记录及努印l l | l 线，压装力熬线圈损患不 能明斌准确判断，髓轴承中隔鄢处曲线无嚼嚣变化，谈踞了记录仪灵敏艘较羞、故障 多、修换率高，给用户生产造成困难。有的融泶仪记蒙的曲线从1 0 0 k n 起记，8 8 2 1 0 0t g n 鬻趣透装力蔽本无诞蒙，楚一条不宠整不援范豁记录鳇线，壤本不昝含铁 道部规定的技术标准，可以确寇不能 乍为检验痰璧的依据。程使用一段时间后，货车厂_ 段大都对装鍪的骥定懋壁式辘承避装捉避嚣了敬造，以提怒谈雳性能。 ( 3 ) 越定式整髂承装垒镄麓褥敲瑟压装凝 固定式整体承载全钢结构双缸压装机( 如图l 一3 ) 由热轧优质碳索钢组成整体 承载主虢絮、甄个辘承莲装濑簸、瑟哭楚对矮趣潼基、耱对定程礁擒、辘馥支承及输 送辊擒、滚毯绉鞠工拯搬鸯动控镧系笺等部分维成。 稳瓣予霞定戆鹫菠歪装枫，这种愿装辊缡稳更燕竞善：液压系统设计薄缓猛立阂 组，分别控制左右压装油缸工作，避免左右油缸压力捆互干扰；在液压系统中增设了 稔鼹横囱霾定籀蔌，靼在辘承压装歼聚翦轮对先行镁霆，不受疆骚系爱装力变稔麴影 响，解决了轴承在压装过程中的左右搿动，保证了压装枫猴确反映两轴承压装备自的 ：c 程硕士学位论文第一章绪论 物理特性；机体刚度和强度大，承受轴承压装力和贴合突升时，机体不产生变形，保 持压装力的对中性，保持压装力方向与车轴轴向中心线一致，使压装油缸活塞压头均 匀贴合在轴承密封座端面圆周上，完全保证了轴承压装过程准确反映最终质量。 图1 3 固定式摧体承载全钢结构双缸压装机结构原理 为了进一步提高货车滚动轴承的压装质量近年研青r l t i 了一种压力位移压装 机它在轴承压装过程中，按照轴承在轴颈上的位移逐点采集压装力值并绘制出f s 曲线。由于可以对轴承压装全过程的受力进行实时跟踪采集，压力一位移压装机更 为科学地描述了压装过程中轴承与轴颈的受力情况。能客观地展现压装过程轴承与 轴颈之间的相对位移，反映轴承压装过程中力与运动的关系，清晰反映压装信息， 避免了系统在工作中因多种因素造成运动的快、慢，或左右的行进差异，因为系统 因素而随机改变了曲线的形状，做到曲线与运动的一一对应。 在一个完整的压装过程中，轴承在轴颈上的运动状态有两种形式：被向前进、 静止贴合( 3 5 秒) ，据此确定了曲线采用位移和时间分断描述方案，压装力分成： 运动中为位移的函数1 ： f ( s ) = ( p 。- p m ) 4 8 7 7 ( 1 一1 ) 贴合时为时间t 的函数： f ( t ) = 4 8 7 7 p 。( 卜2 ) 式中： p 。、p 。一一分别为运动和贴合状态的即位( 时) 计算压力； p m 一一为轴承未接触轴颈前计算压力的次大值 s 2 0 3m r n 时。取f = f ( t ) ，显示静态保压信息 合成曲线f - f ( s ，t ) ( s 2 0 3m m ，4s t 6s ) 位移一压力曲线轴承压装机现已在昆明、天津东、皂姑屯车辆段投入试用，这种 工程硕十学位论文第一章绪论 压装机以轴颈端面为零点，反映轴承相对轴颈的位移，提高了曲线的可信性和科学性 为分析和改造压装过程中轴承受力情况提供了更可靠的依据。 在数据管理方面，研制了轴承与轮对数据管理信息系统，为轮轴检修的自动化、 标准化、网络化创造条件”。4 。 1 2 3 货车轮对滚动轴承压装技术的研究方向 轴承压装质量控制是轮轴检修中的重要环节，铁路各个车辆厂、段和设计院所在 压装设备和工艺方面作了大量的研究工作。目前，生产压装机的厂家主要有齐齐哈 尔车辆厂、哈尔滨铁路科研所、黄石邦柯计算机有限公司、株洲车辆厂和铜陵车辆 厂等单位。国内外对货车滚动轴承压装机的研究主要集中在如下几个内容： ( 1 ) 压装力理论分析和判断标准建议”； ( 2 ) 压装机机械液压系统优化设计“。”1 8 。圳； ( 3 ) 压装力控制与监测系统设计“。“”。2 “； ( 4 ) 轴承质量控制信息系统设计。； ( 5 ) 压装力误差分析”3 ； ( 6 ) 压装质量研究与控制“”“”1 ： ( 7 ) 新型压装机设计。“”1 。 本文主要研究轴承压装机在滚动轴承压装过程中的压装质量与控制问题。 1 3 铁路货车轴承压装质量与控制 1 3 1 轴承压装的工作原理 如何保证铁路货车滚动轴承压装质量，最大程度地提高产品的可靠性和安全性， 保证列车的运行安全，是人们一直都十分关心的课题。 在铁路货车中，滚动轴承与车轴轴颈间采用的是过盈联接方式，过盈联接不同于 螺纹或螺栓联接，一般是属于机械零件间的不可拆卸的固定联接。 过盈联接的目的就是使两个被联接件在整个产品使用寿命周期内，在工作载荷作 用下不会发生相对运( 滑) 动，就是完全象一个零件一样。 如果两个被联接零件的尺寸或形状超差，配合关系不j 下确，装配后的合件在工作 载荷特别是交变载荷的作用下，联接就会失效，零件问就会发生相互运( 滑) 动，轻 者会出现不应有的噪音或振动，传递效率降低，严重危及行车安全。 在过盈联接中，两个被联接零件问是通过过盈配合来实现联接，通过摩擦来传递工作 载荷的。两个被联接零件中，一个称作包容件，另一个称作被包容件。例如，滚锥轴 ：【程硕士学位论文 第一章绪论 承外环与变速箱壳体之间采用过盈联接，变速箱壳体就是包容件，滚锥体外环就是被 包容件；而滚锥体内环与轴之间采用过盈联接时，滚锥体内环是包容体，而轴就是被 包容体。 包容体与被包容体之间的配合面最常见的是圆柱面，但也有采用圆锥面及花键形 式的。两个被联接件之间所能提供的最大摩擦力应该不小于联接件所能提供的最大轴 向工作载荷，只有这样才能保证在工作过程中被联接件不发生相对运( 滑) 动，联接 才不会失效。 1 3 2 过盈联接零件的传统装配方法“7 1 ( 1 ) 人工锤击装配法 采用手锤或其它软金属工具，人工锤击装配销、键、楔块、轴套、环等精度要求 不是很高的联接零件。这些联接零件的配合过盈量一般均较小或采用过渡配合。 ( 2 ) 温差装配法 温差法指的是热装法和冷装法。 热装法就是将过盈联接的包容件加热到一定温度使其膨胀，在配合面间产生一定 的间隙量，然后进行装配。 冷装法就是将过盈联接的被包容件冷却到一定温度使其收缩，在配合面间产生一 定的问隙，然后进行装配。 温差装配法的温度计算公式为： 万+ f2 + 于o( 卜1 ) a d o 式中：t 一一零件所需加热或冷却到的温度， t 。一一装配环境温度， 6 一一零件问最大过盈配合量，毫米； 一一装配时所需最小间隙量，通常取h t 9 6 最小间隙，或按经验公式 取= ( 0 0 0 1 0 0 0 2 ) d ，毫米： d 一一配合面公称直径，毫米； a 一一材料的线膨胀系数，l 。 ( 3 )压装法 压装法就是采用机械、气动、液压、电动等形式的压力机，迫使过盈联接零件克 服配合而间的摩擦力，实现装配的目的。 前两种方法虽然也能达到装配的目的，但是对于装配对象( 合件) 的质量不能给 l 程硕士学位论文第一章绪论 予任何客观的实际评价，也可以说，不能进行质量控制。 对于过盈联接零件的装配，评价合格的标准是其配合面问的最大限度摩擦力是否 能达到设计所期望的值。但是，在完成装配过程以后，最大摩擦力系数在不破坏联接 条件的情况下是无法进行实际测量的。我们知道影响过盈联接零件配合面问的摩擦力 大小的因素有很多，摩擦力的大小与摩擦系数、配合过盈量、零件的材料及尺寸有关。 而摩擦系数的大小以与零件的材料、配合面的光洁度、压应力、有无润滑及润滑油的 性质等等有关。在上世纪八十年代，出现了在传统压装方法的基础上采用现代控制、 测量及计算机技术的压装机，这便是我们前述的压装设备。 目前，铁路货车滚动轴承压装的合格判断主要是依据压装力、终止贴合压力和压 入后的轴向间隙三项指标来确定的。轴承压装力的检验是轴承检修的一项重要工序， 一般将最大压装力作为检验标准，铁道部以技术文件的形式规定了压装力检验的强制 性标准，所有车辆厂段必须严格执行。随着轮轴检修技术的进步和货运重载的要求， 压装力标准也在实践中不断修f 。铁道部铁辆 1 9 9 2 3 0 号文铁路货车段规程 规定轴承压装力为8 8 2 1 7 6 4k n ( 包括原型，大修，一般检修) ；铁道部辆货 1 9 9 2 1 5 5 号文”关于铁路货车段规程有关条款的解释”将标准修改为8 8 2 2 4 7k n ，同时规定了终止贴合力大于最终压装力1 9 6k n 及以上；铁道部铁辆 1 9 9 8 3 0 号文件铁路货车轮对和滚动轴承组装及检修规则沿用了辆货 1 9 9 2 1 5 5 号文件的 标准； 2 0 0 3 年新版铁路货车段修规程，铁路货车厂修规程规章对此没有修 改。因此目前铁路部门轴承压装力检测过都是按照这个标准执行“3 。 1 4 研究内容 1 4 1 课题介绍 随着国民经济的快速持续发展，对铁路运输的要求也越来越高，铁道部提出了 跨越式发展的战略目标，货车向高速、重载方向发展已成为国内外专家的广泛共识。 装备检修技术是保证铁路运输能力和安全的关键，必须不断加强检修技术创新和制 度改革，适应形势的需要。具体来说，一方面要加强技术研究，不断把新的技术成 果推广应用；另一方面要改进工艺和装备。检修信息化的要求，形成科学高效的检 修机制，把轮轴检修纳入科学的管理体系中。 目前，货车检修部门要逐步建立统一的检修信息质量系统，把车辆的运用、检 修和管理纳入网络化管理，为适应轮轴数据联网管理的需要，这几年，滚动轴承压 装设备更新改造速度非常之快。但事实上这些压装机的机械性能基本上没有变化， 厂家只是改进了控制系统。以衡阳车辆段为例，1 9 9 9 年曾委托原长沙铁道学院进 ：糕颈学静论文 第一章绪论 行过一次藤装机监测系统1 淑造，改造后的系统h y - - i f 型压装压力自幼监测仪以z 8 0 肇片撬尧核心，逶建扩震懑路窝输入、输出逶路，爨蠢捻溪、曼示、抒露窝投罄等 蒸本功能，并不能实现全盘渤控铡，经避这几年使用露密现了系统电气元f f 孛老纯， 经常窭现千缓和戮钒鼓障，无法竣毒格茂饭表掇，器糕不支持汉字，还要嬷决数撩 联潮问题，掰霄这些已影响了芷露的压装作业。搀艘，该段近期又开发了第二代滚 葫轻承疆装避摆簸溺及控铡系统，实瑷了压装塞动纯控裁酾检溅，滗嚣天工予预。 该系统以工投机为控制核心，以电磁阀为控制元件，自动控制轮对艇装过程，包括 矮论对、 枣攀l 套、疆装、逡雩 套、藩轮瓣等凄终。 质量燕麓楚缓餐管理煎个缀袋部分，我们不纹蘩游产晶实臻瘊鳖零鸯送行投 滔，两显爨热强调对产赫鼯残过耩鹃溪麓避行控涮，突逡通过控铡过程矮蕊豹方法 米控制最终的产品实物质擞，因此，基于过程的质量撩制方法必将成为质爨控制技 零磷突颁蠛鹣霪点。露予袋承压装蒺量翡译蓑，铁遂蘩匿毒鹱文辍定，毽溪场零霞 对轴承压装力的基本概念含糊不清，铁邋部也没簿公布轴承压装力曲线标准来供现 场梭验轴承邋装。为了更好逡对铁路货车轴承压装麟蹩进行评翔鞠控铡，本文欲程 镶鼹货车鞍承疆装援豹垂装壤量方嚣 睾臻疆究嚣爨游，研究豹蠢容受缍台霆蓊我毽 现有轮轴稳修装备技术的情况，分析滚韵轴承压装理涂及藤装力的数学模滋，掇出 艇装力检验的标准；同时述进行标准压装力曲线的研究，提出了毅型压装力一饿移 愿装瓿豹褥怨，我希望逶避我靛这些工佟，戆秀提离铁鼹斐车耱辘瞧装葳爨尽爨跫 的编薄之力。 i 。4 。2 论文爽窖安捧 论文离容分为五章： 第1 章缕论 介绍轴承聪装工艺和谈蠢现状，提出避抒该课题研究的意义以及磺究酌鹜景和主 瑟蠹容。 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 奔绍我嚣铁路费事懿露鞠滚动辘零鹣糕格帮终梅形式，霹辘簸装配关系遴嚣讨 谂，提囊辘黎舔装搬躲设诗爨求，穷绍辜囊承蕊装橇瓣纛装系统饔溅控系统。 第3 章滚溯辘承丞装力戆骚究 介绍压装力的概念，通过分析轴承与轴预的配台关系，用理论幂h 实践方法建立轴 承愿装夯翡数学模蘩，努餐影嫡压装力鹣瓣索帮量 测霹露经分羲，对辘承压装力懿搽 准提蹬自己的糟法。 9 程硕士学位论文第一章绪论 第4 章轴承压装力曲线的研究 介绍压装力曲线的概念，通过理论公式、仿真分析建立标准压装力曲线，分析影 响压装力曲线形状的因素，阐述如何保证用轴承压装力曲线来反映轴承压装真实情 况。 第5 章本文的结论与轴承压装质量监测 这是全文的总结与结论的验证。 0 工程硕士学位论文第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 第二章铁路货车滚动轴承及其压装机 目前，车辆圆锥滚动轴承与轮轴的压装所用的机具是液压圆锥滚动轴承压装机。 尽管现在各车辆厂、段使用的轴承压装机型号多种多样，结构组成各不相同，但设计 的要求是相同的。本章主要介绍铁路货车滚动轴承主要结构特点、压力压装工艺和装 备的基本原理。 2 1 铁道车辆轴箱装置 铁道车辆轴箱装置的作用是将轮对和侧架或构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚 动转化为车体沿线路的平动。轴箱装置按照轴承的工作特性分为滑动轴承轴箱和滚动 轴承轴箱，现代铁道车辆大量采用滚动轴承轴箱，而滑动轴承轴箱已被淘汰。 2 1 - 1 滚动轴承轴箱装置 采用滚动轴承后，可以显著地降低车辆启动阻力和运行阻力，在牵引力相同的条件下， 可以提高列车的牵引重量和运行速度。经验表明：采用滚动轴承与滑动轴承相比，列 车启动阻力降低8 5 ，当速度为3 0 、6 0 、7 0 k m h 时，运行阻力分别降低1 8 、1 2 、8 ， 并且改善了车辆走行部分的工作条件，减少了燃轴等惯性事故，减轻了日常维护工作， 缩短了车辆的周转时间。 表2 - 1 衡阳车辆段检修滚动轴承货车进程表 年份 1 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 81 9 8 91 9 9 01 9 9 11 9 9 21 9 9 3 检修量 7 2 51 2 1 81 4 2 91 4 7 41 6 4 72 0 6 72 4 4 52 6 0 33 1 5 3 ( 辆) 占当年检修 1 5 2 4 9 2 8 3 2 8 9 3 0 3 9 7 4 5 3 5 0 5 7 9 任务比例 年份1 9 9 4 1 9 9 51 9 9 6 1 9 9 71 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 l 2 0 0 2 检修量 全路 1 9 5 82 7 4 92 9 0 73 3 4 13 2 4 03 8 4 03 6 9 34 7 3 4 ( 辆) 滚动 占当年检修轴承 4 3 7 5 8 2 6 0 3 6 9 6 6 8 9 8 0 9 7 8 1 0 0 任务比例 化 【程硕十学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 我国铁路机车车辆滚动轴承轴箱开始应用于上世纪六十年代初期，并首先在机车 和客车上使用。经过二十年的努力，到七十年代末期，中国铁路客车已全部实现了滚 动轴承化。中国铁路货车是从1 9 8 0 年开始批量投产应用，截止1 9 9 7 年底，装有滚动 轴承的货车已达5 0 万辆，占其拥有量的9 0 以上。表2 1 显示了衡阳车辆段检修滚 动轴承车辆变化表，从中看出我国铁路货车滚动轴承的变化趋势。 目前，我国铁路货车滚动轴承轴箱有两种类型：一种是 9 7 7 2 6 型密封式双列圆 锥滚子轴承的无轴箱轴承部件；另一种是有轴箱结构，是带有导框式的轴箱，内装 4 2 7 2 6 q t 或1 5 2 7 2 6 q t 型单列向心圆柱滚子轴承。我国铁道货车采用的是1 9 7 7 2 6 型无 轴箱圆锥滚子轴承。 2 1 2 配合过盈量的确定原理 由于1 9 7 7 2 6 型轴承内圈壁较薄，材质又是渗碳钢，经使用拆装后内圈孔径会扩 大，因此它们采用的过盈量较其它轴承大些。 轴承与轴颈选配，同一车轴组装向型轴承，压装间温度必须i o 。c 以上，轴承与轴 颈压装前必须同温8 小时以上，必须有采用能打印压装力曲线的固定式压装机来压装， 轴承的压装力及终止贴合压力必须符合规定，压装后在规定的轴向推力下，测量的轴 向间隙值必须符合规定。 为了防止轴承与轴颈配合松驰，以致轴颈磨伤而引起燃轴，必须选取合适的过盈 量。轴承内圈与轴颈的配合最小过盈量应该以配合表面的塑性变形、轴承上所受负荷 以及工作温度情况确定。 由于轴承和轴颈配合表面的微观不平度在负荷下被压平，因此有效的( 实际的) 过盈量将比测量计算的过盈量要小。”。 2 2 铁路货车滚动轴承”9 。4 “”1 2 2 1 铁路货车滚动轴承的结构型式 我国铁路货车上应用的滚动轴承主要有两种型式：双列向心短圆柱滚子轴承和双 列向心推力圆锥滚子轴承。圆锥滚动轴承是我国铁道货车的主型轴承，其结构形式如 图2 1 ，主要舰格见表2 2 。 工程硕士学位论文第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 图2 一l 铁道货车圆锥滚动轴承装置结构型式 表2 2 我国铁路货车轴承的主要规格单位：m m 外形尺寸双列滚子 轴承代号 适用轴型备注 内径外径宽度 数量( 个) 1 9 7 7 2 01 0 01 8 21 1 74 0r b 2 1 9 7 7 2 61 3 0 2 3 01 5 04 2r d 2主型轴承 1 9 7 7 3 01 5 02 7 01 7 04 0r e 2 3 5 2 2 2 6 x 2 l ：j o2 3 01 5 04 0r d 2 2 r z 新 s k f l 9 7 7 2 61 3 02 3 01 5 04 0r d 2 型 a p l 3 01 3 02 3 01 5 04 0r d 2轴 t b u l 5 01 5 02 5 01 6 04 6r e 2 承 t a r o l 】5 01 5 02 5 01 6 04 6r e 2 对于r d e 轮对来说，现在应用较多、互换性较强的1 9 7 7 2 6 型、s k f l 9 7 7 2 6 型和 3 5 2 2 2 6 x 2 2 r z 轴承，三者互相通用。现行运用车辆的主型轴承1 9 7 7 2 6 型轴承，其结 构为双列圆锥滚子轴承，滚子与转动轴线成一倾角，这样既能承受径向力，以能承受 轴向力。其与轴颈的配合形式为如图2 2 所示。 铁道运装货车 2 0 0 1 2 2 号文件指出2 0 0 1 年月1 月开始推广使用北京南口斯凯孚 铁路轴承有限公司生产的s k f l 9 7 7 2 6 轴承，第一步改进设计的轴承( 1 9 9 8 1 1 9 9 8 4 ) 因密封装置和润滑脂未改进，大修间隔期按5 年( 或5 0 万公里) 掌握，此后，按8 年间隔期大修( 寿命1 5 年) 。8 k f l 9 7 7 2 6 轴承实物图见图2 - 3 ，3 5 2 2 2 6 x 2 - - 2 r z 轴承装 1 ：程硕士学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其乐装机 配图及实物图见图2 4 。 1 后挡2 通气栓3 密封圈4 后密封座5 轴承外圈6 保持架7 中隔环 8 滚珠9 轴承内圈1 0 前密封圈1 1 前盖1 2 防松片 1 3 螺栓 图2 2 铁道车辆1 9 7 7 2 6 型圆锥滚动轴承装置结构型式 s x f 9 7 7 2 6 图23s k f l 9 7 7 2 6 轴承实物图 4 ：j ：程硕士学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 - 一，磁篓磁丝弦彩缁z 稳； 霆隧捌飙 a l 乙 瞀菠渊瑟丝缘阉 【翠搦爱琵孩殇；袭旷1 l ii l 3 5 2 2 2 5 x 2 2 r z 撬逋翡套轴承 图2 43 5 2 2 2 6 x 2 - - 2 r z 轴承装配图及其实物图 中国铁路工业部门分别与瑞典s k f 轴承公司先后合资建立了生产滚动轴承、铸 钢车轮的合资企业，与瑞典s k f 、德国f a g 、美国t i m k e n 、日本n s k 、n i n 等 轴承生产企业建立了经常性的技术交流关系。 中h n 球t ，正t 自 p l 精t 2 5t i m k e na p1 3 0 轴承幽 t i m k e na p1 3 0 轴承用于铁路提速货车，它是一体化、预装配、预润滑、预调节 1 5 1 ：程硕士学位论文第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 游隙的全密封式圆锥滚子轴承单元( 见图2 5 ) ，它使用2 号锂基油脂( t i m k e n p r e i n m g r e a s e ) ，轴承内5 0 容积充满2 8 0 克油脂，该型轴承压装时压轴吨位最大2 7 吨， 压装过程中压力的1 5 倍作为贴合压力，来保证轴承组合紧靠轴肩，贴合压力一般在2 0 4 1 吨，轴承装轴后，保证轴承能自由旋转，并检查轴承安装后轴向游隙( 安装前o 6 1 0 0 6 8 6 ，安装后o 0 6 5 0 4 4 0 ) 。 2 2 2 1 9 7 7 2 6 型轴承与轴颈的配合要求 1 9 7 7 2 6 轴承与r d 2 轴的配合零件主要由前后两列轴承内圈、前后两密封座、中隔 环及后挡等部分组成。前后两列轴承内圈及密封座与轴颈为过盈配合，后挡与车轴防尘 板座的配合为过盈配合，中隔环与轴颈的配合为间隙配合。铁道部货车检修规程中规定 的有关配合限度如表2 3 所示。 表2 3 铁道货车1 9 7 7 2 6 轴承配合限度单位：m m 配合过盈量 原型大修一般检修 轴承i _ i ! | 罔与轴颈 0 0 5 o 0 1 0 20 0 5 0 0 1 0 20 0 5 o 0 1 0 2 密封圈内径与轴颈o 0 5 o 0 1 0 2o 0 5 o o 1 0 20 0 5 o 0 1 0 2 2 3 轴承压装机的设计要求、结构组成 2 3 1 轴承压装机的设计要求 ( 1 ) 压装力足够大。轴承向轮轴上压装时的压装力要足够大，并有一定的储 备。这样才能在压力机压力的作用下，靠轴承、后挡、密封座的配合内孔与轴承轴 颈、防尘板座之间的过盈量使其牢固联接。 其压装力的大小，与上述过盈量的大小，各配合件的形状精度、表面质量、润 滑条件及所使用的润滑剂等多种因素有关。 ( 2 ) 压装过程中，压力机压装部分的运动速度要均匀、平稳，不宜太快，以 保证质量。其压装速度常在2 4 m m s ，不宜超过1 0 m m s ，并要求其压入速度能在一 定范围内调整。 ( 3 ) 对于薄壁或配合面较长的联接件，最好垂直压入，以防止变形。为此在 设计时，要考虑使压装机压装作业n i ，相对于轮轴、轴承占有一个正确位置，并具 1 6 ：j ：程硕士学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 有良好的导向性能。“。 2 3 2 圆锥滚动轴承压装机结构 现行圆锥滚动轴承压装机的结构主要由压装部分、轴承支架、轮对起落装置三部 分组成。 压装部分结构如图2 6 所示，它是压装机的主体。它的作用是：依靠定心顶针、 导向套使压装部分相对于轮对占有一个正确位置，起精确定位与导向作用。继而通过 主缸活塞、连接销、顶套，把轴承压装到轴颈上“。 1q b 6 0 顶尖柱塞油缸瓦2 巾1 8 0 顶针套油缸 3m 2 5 0 轴承压装油缸 图2 6 压装缸结构 轴承支架是压装机的的附属机构，它起着支承轴承的作用，并使轴承中心线与 压力机、轮对中心线基本重合，对轴承进行粗定位。 轮对起落装置的作用是在轴承压装前，将轮对托起到规定高度，使之相对于压 装部分占有个正确的位置，对轮对进行粗定位。轴承压装完毕，起落装置下降， 将轮对放到轨道上。 轮挡是当轮对进入压装机工作位簧以后，使轮对中心线与压装机压装部分中心 线基本平行或重合，进行轮对粗定位。又当进行轴承压装作业时，对轮对起支撑定 位作用，防止压装时因轮对两端压装力不均，而造成轮对左右移动。 程硕士学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 此外，还有液压传动及电气控制部分。整个压装机机械部分的动力来源于液压传 动系统。其动作循环是依靠电器控制系统来控制液压传动系统，使机械部分完成所需 要的各种动作。 轴承压装工作过程和动作顺序为： ( 1 ) 升降缸升起；( 2 ) 左右压装缸快进；( 3 ) 定位缸夹紧； ( 4 ) 左右压装 缸工进： ( 5 ) 左右压装缸退回；( 6 ) 升降缸下降，轮对落下。 2 4 轴承压装机的液压系统工作原理 2 4 1 轴承压装机液压系统的类型 轴承压装机压装轴承采用冷乐方式可同时在车轮两端将1 9 7 7 2 6 滚动轴承压装 到r d 2 型轮对的轴颈上。 该机动作由液压传动系统来实现，从目前的应用情况来看，现有的压装机液压系 统有两种：一种是由一套液压系统同时给车轴两端的轴承施加压力；另一种是由两套 独立的液压系统分别给车轴两端的轴承施加压力。 如果轴承压装机只由一套液压系统同时给车轴两端的轴承施加压力，在不计液压 系统内部阻尼等压力损失的情况下，轴承压装的每一时刻液压系统内部各处的压强相 等的。由于压装过程的两个液压缸的活塞的有效面积完全相等。因此，轴承压装过程 中的每- - t e n 液压系统施加给车轴两端的轴承的压力相等。并且，由于在整个轴承压 装过程中轮对没有被固定在某一位置上，只是在两轮对的内侧面之间安装了两个间距 比轮对内侧距约小于4 0 r a m 的间距限位挡块。因此根据力的平衡原理，车轴两端的轴 承在每一时刻所受的外力是完全相等的。也就是说，在轴承的压装过程中，通过轮对 作无规则运动，轴承在每一时刻所受的外力是处于平衡的。这- - # b 力等于轴承压装机 施加给轴承的压力。在不考虑轮对托架与车轴问的摩擦阻力等的情况下，这两个大小 相等方向相反的外力在轴承的后挡与轴承的防尘座压装到位，以及轴承的密封座与后 挡接触的瞬间的数值即为轴承压装力。这种压装机的缺点是液压系统的效率低，功率 损失较大n ”。 轴承压装机有两套独范的液压系统的，由于在轴承压装过程中，两套液压系统同 时给车轴两端的轴承施加j 丘力，并且轮对被固定在某一位置，不能运动，在不考虑液 压系统存在的波动冲击影响因素下，可以认为车轴两端的轴承的压装过程是一个轴承 与轴颈之间作相对匀速运动的过程，其压装曲线的拐点示值即为轴承压装力。其缺点 是因为轴承压装的液压系统不可避免地存在着冲击、波动等，故整个轴承压装不可能 工程硕士学位论文 第2 章铁路货车滚动轴承及其压装机 是一个轴颈与轴承之间的相对匀速运动的过程，其压装曲线只能近似反映轴承的压装 情况。 2 4 2 轴承压装机液压系统工作原理 如图2 7 为由两套独立液压系统的4 0 0 k n 轴承压装机原理图“。 主要元件及其参数： ( 1 ) 泵：定量齿轮泵，额定压力1 4 m p a ，额定流量2 6 l m i n ： ( 2 ) 压力缸缸径2 5 0 m m ； ( 3 ) 阀：广研系列，额定压力6 3 m p a ； ( 4 ) 压力继电器：调压范围0 6 3 m p a ： ( 5 ) 压力传感器：量程o 2 5 m p a 系统由定量泵供油，初始时为卸载工作状态，工作前使电磁铁1 d t 通电，系统由 溢流阀设定压力。轮对推入后，电磁铁7 d t 通电，轮对被顶起，同时电磁铁5 d t 也通 电，送对缸顶出，使v 形活动轨翻转。顶升到位后，电磁铁2 d t 通电，开始伸套定位， 完成后压力继电器1 y j 发信号，使电磁铁3 d t 通电，电磁铁2 1 ) t 断电，开始压装，之 后，电磁铁4 d t 通电，使伸套杆及压装杆同时退回。到位后，压力继电器2 y j 发信号， 使电磁铁3 d t 、4 d t 、7 d t 断电，8 d t 通电而落对，且完成送对。压力继电器4 y j 发信 号，使5 d t 断电，6 d t 通电而使送轮对退回，v 形活动铁复位，最后压力继电器3 y j 发信号，使1 d t 、6 d t 、8 d t 断电，系统回到卸载状态。在这里压装质量依靠压力传感 器检测高压腔液压力变化而得到的曲线来确定。 仲囊匿蔹缸 图2 74 0 0 k n 轴承压装机液压系统原理幽 9 ：群硕+ 学位论文第2 章铁路货车滚动轴承及其压