（机械工程专业论文）铁路货车转Klt6gt型转向架性能改进.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 铁路货车转向架是铁路货运移动装备的重要部件，转向架性能的优良是铁路运输安 全的前提，采用高性能、高品质的转向架，也是提高铁路经济效益的基本手段和方法。 目前，我国铁路行业正在实行跨越式发展，货车的提速、重载势在必行。高速、重载货 车的关键部位在于转向架，但是我国铁路货车的主型转向架转8 a 型转向架，已不 能满足铁路货车快速、重载的要求，高性能的货车转向架呼之欲出。随即，各种新型货 车转向架被推出，并陆续应用到我国干线铁路上，其中应用最广泛就是转k 。型转向架。 然而，转l 【8 型转向架一直存在诸多的问题，尤其是转k 型转向架的轴承和基础制动装置 问题更为严重，因此加快改进转l ( 6 型转向架的性能，就是一个重要的研究课题。 本文面向转l ( 6 型货车转向架的结构，以转l ( 6 型转向架重要部位的改进为课题，介绍 了转k 。型转向架的特点，点出转l ( 6 型转向架存在的问题，结合瓦轴集团公司和大连机车 车辆有限公司的生产现状和本人的工作实践，通过大量的试验，从轴承密封系统、轴承 套圈热处理留量、轴承套圈磷化、轴承滚子残磁控制、轴承套圈加工和成品装配、基础 制动装置等多方面进行了研究分析和应用，把涉及铁路运行安全的轴承和基础制动装置 作为转l ( 6 型转向架改进的重点，优化了转i ( 6 型转向架结构。装用l 【6 转向架的车辆动力 学试验表明：改进效果是可靠的。 本文的研究成果为今后开展铁路货车重载转向架性能的进一步研究和提高提供了 有益的参考，对生产实践具有很好的实用价值。 关键词：性能改进；转向架；轴承；基础制动装置 铁路货车转k 型转向架性能改进 t h ep e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n to fr o l l i n gs t o c kt u m b o g i e a b s t r a c t t h er o l l i n gs t o c kb o # ei sak e yc o m p o n e n to ft h em o v i n ge q u i p m e n t so ft h er a i l w a y f r e i g h t ，w h o s e 脚o n n a n c ei st h ep r e c o n d i t i o no f t h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ns a f e t y u s i n gt h e h i g h - p e r f o r m a n c ea n dh i g h - q u a l i t yb o g i ei st h eb a s i cm e t h o dt oi m p r o v et h ee c o n o m i cb e n e f i t o f t h er a i l w a y a tp r e s e n t , 0 1 1 1 c o u n u y sr a i l w a yi sp r a c t i c i n gt h es p a n n i n g - t y p ed e v e l o p m e n t , 8 0t h es p e e d 印a n dh e a v yl o a do f t h et r u c km u s tb er e a l i z e d 1 1 l ek e yc o m p o n e n ti nt h es p e e d 1 】pa n dh e a v yl o a do ft h et r u c ki st h eb o g i e ，b u tt h et u r n8 ab o g i e ，t h em a i nr o l l i n g s t o c k b o g i ei no u rc o u n t r y , n ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to ft h es p e e du pa n dh e a v yl o a do ft h e r o l l i n gs t o c k s ot h en e wh i g h - p e r f o r m a n c et r u c kb o g i em u s tb eu s e d a m o n gw l l i 血t h e t u r n 磁b o g i e sa r ew i d e l yu s e di nt h eh i g h - s p e e da n dh e a v y - l o a dt r u c k h o w e v e r , m a n yp r o b l e m s a l w a y se x i s ti nt h et u r ni ( 6b o g i e s e s p e c i a l l y , t h ep r o b l e m si nt h eb e 蛐ga n dt h eb r a k e r i g g i n go ft h et u r nk 6b o g i ea r em o r es e r i o u s t h e r e f o r e , q u i c k e n i n gt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo f t h et u r nk 6b o g i ei s 觚i m p o r t a n ti n v e s t i g a t i o nt o p i c i nv i e wo f t h ed e s i g no f t h et 嘲k l b o 西e ，t a k i n gt h ei m p r o v e m e n to f t h ek e yc o m p o n e n t o ft h et u r nk 6b o g i ea st h et o p i c ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i co ft h et u r nk 6b o g i e a n de x p l a i n st h ep r o b l e m se x i s t i n gi n t h et u r n l “b o g i e c o n s i d e r i n gt h ep r o d u c t i o n c o n d i t i o n so f w a f a n g d i a nb e a r i n gg r o u pc o r p a n dd a l i a nl o c o m o t i v ea n dr o u i n g s t o c kc o l t d a n dt h ea u t h o r sw o r kp r a c t i c e , b a s e do n al o to f t 鼯t s t h ep a p e ri n v e s t i g a t e sa n d a n a l y s e s t h eb e a r i n gs e a ls y s t e m , t h eh e a t - t r e a t m e n ta l l o w a n c ea n dt h ep h o s p h a t ec o a t i n go fb e a r i n g r i n g s ，t h er e s i d u a lm a g n e t i s mc o n t r o lo fb e a r i n gr o l l e r s ，t h ep r o c e s s i n go fb e a r i n gr i n g s ，t h e p r o d u c t sa s s e m b l ya n dt h eb r a k er i g g i n g , e t c a n dr e g a r d i n gt h eb e a r i n ga n dt h eb r a k er i g g i n g w h i c h i n f l u e n c i n gt h eo p e r a t i o ns a f e t yo f t h er a i l w a ya st h ef o c a lp o i n to f t h ei m p r o v e m e n to f t h et u r nk b o g i e ，t h ep a p e ro p t i m i z e st h ed e s i g no ft h et 眦kb o g i e t h ed y n a m i c st e s to f r o l l i n gs t o c k sw i t he q u i p p e dt u r nkb c i g i ei s s u e d ：t h ep e r f o r m a n c er e s u l t sa r er e l i a b l i t y n ei n v e s t i g a t i o nr e s u l t so ft h i sp a p e rs u p p l yb e n e f i c i a lr e f e r e n c ef o rt h ef t t r t h e r i n v e s t i g a t i o na n di m p r o v e m e n to f t h ep e r f o r m a n c eo f t h eh e a v y - d u t yb o g i eo f t h er o l l i n g s t o c k , w h i c ha r eo f g r e a tp r a c t i c a lv a l u et ot h ep r o d u c t i o nn 蒯o e k e yw o r d s ：p e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t ；b o g i e ；b e a r i n g ；b r a k er i g g i n g 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名： 劫瓶厌， 棚 年上月鱼日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题提出的背景 铁路运输自1 9 世纪初投入运营以来，以其运量大、速度快、安全、节能等优势成 为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。 8 0 年代以后，铁路运输以其节省能源，对环境污染最少等优点，再次成为各国政府 大量投资发展的对象，尤其是对高速铁路的发展。但是，在客货混跑的线路上，提高旅 客列车速度的同时，必然会减少货物列车的运行对数。因此，铁路要想全面增加运能， 提高货物列车速度势在必行。如今北美快运货车运行速度达到1 2 0 k m h ，欧洲快运货车 速度普遍达到1 2 0 1 6 0 ( 皿h0 3 。在我国，尽管近年来全国货运总量在逐年递增，但铁 路在运输市场的占有份额仍有所下降，中国铁路正面临着严峻的挑战，而货车装备落后 导致货运速度低是使中国铁路陷入这一局面的主要原因之一。 中国铁路货运要走出这一困境，实现重载、高速已成为其发展方向。在即将开始的 铁路第六次大提速中，铁道部将提速后的旅客列车运行平均速度定为1 6 0 k m h ，货车运 行平均速度定为1 2 0 k m h ，并首次在提速干线上同时开行时速2 0 0 k m h 动车组和时速 1 2 0 k m h 、载重5 0 0 0 吨货运重载列车。但是，我国主要的铁路货车转向架转8 a 型转 向架，却不能满足铁路货车提速的要求。为满足货车重载、提速的需要，铁道部对货车 进行了全面的提速改造，新造货车全部采用新型转l ( b 型货车转向架。然而，做为转k 型 货车转向架的重要组成部分轴承和基础制动装置，目前仍然处在不断改进中。 因此，研究和开发高性能的铁路转k 。型货车转向架，就成为了提高车辆修造质量， 确保铁路运输安全、高速，以及铁路运输经济效益的一项重要的基础性的技术工作。 f 1 t 国外货车转向架现状 铁路货车主要用于运送各种货物，它的走行部分转向架是构成铁路货车的关键 部件，在车辆组成中是一个相对独立的部件，因而对各种铁路车辆具有较大的适应性。 当前要实现铁路货运高速重载的要求，发展和采用高速货车转向架是关键之所在。 目前，世界各国针对本国国情，兼顾铁路高速、重载要求，研制出了具有代表性的 货车转向架，它们有法国国铁于2 0 世纪8 0 年代在y “和y ”型转向架基础上开发的y ” 型货车转向架；德国t a l b o t 工厂研制的d r r s 型高速货车转向架；瑞典a b b t r a c t i o t o 公 司采用三大件模式研制出的s j 型高速货车转向架；美国b a r b e r 公司研制开发出的三大 件式s w i n gm o t i o n ( 摇动式) 转向架；南非研制出的具有自导向功能的s c h e f f e l 三大 铁路货车转k 型转向架性能改进 件转向架，更是占到南非货车总量的3 0 ，对南非产生了巨大的经济效益和社会效益”1 。 所有这些货车转向架的运行时速均可达到1 2 0 1 6 0 k m h 0 1 。 1 1 2 国内货车转向架现状及发展 在我国，正在运用的5 0 多万辆货车中，转向架型式约有3 0 多种，其中8 0 左右的车 辆装用的是转8 a 型转向架。该转向架属“三大件”式转向架，是在美国b a r b e r 转向 架和前苏联哈宁转向架的基础上，结合我国实际情况研制的，并于1 9 6 6 年通过铁道 部鉴定后投入批量生产。2 0 世纪9 0 年代末，针对该型号的转向架运行速度不高、抗菱 剐度不足等缺点，确定了以交叉支撑技术做为首选方案对其进行提速改造。自2 0 0 1 年8 月份开始，我国已停止了生产转8 a 型转向架，改为生产转8 g 型转向架。至此，下交叉 支撑转向架技术开始在我国铁路全面推广应用。 同时，为了不断满足货运列车提速的迫切要求，新型转向架研制相继取得了可喜的 成果，推出了侧架中交叉支撑方案转向架，即转k i 型转向架：侧架下交叉支撑方案转向 架，即转k ：型转向架；侧架摆动式转向架，即转k 型转向架。“十五”期间，围绕铁路 2 5 吨轴重转向架，铁道部列专题对新型2 e 轴货车转向架进行攻关。相继开发出2 5 吨轴 重侧架下交叉支撑转向架，即转k 。型转向架；2 5 吨轴重摆式转向架，即转k 。型转向架， 并通过铁道部级技术审查，同意投入小批量生产，进一步扩大运用考验。 从我国基本国情出发，转向架的基本型式可以以运行速度1 2 0 1 m h 为分界线，速度 在此线以下，宜采用铸钢三大件结构( 即转向架的构架由分离的两片侧架和一根摇枕组 成，故名“三大件”) ，具有结构简单，检修方便，坚固和均载性好等特点。在以后 的很长时期，我国货车主型转向架主要是采用2 5 吨轴重的转i ( 6 型转向架。 转k 。型转向架是通过引进美国s c t 公司交叉杆支撑技术和s 一2 一曲悬挂支撑技术而 研制的适合我国国情的新型2 e 轴铸钢三大件式货车转向架。此类型的转向架通过交叉 支撑装置把两个侧架从其下部弹性的连接在一起，从而提高了转向架的抗菱刚度，由于 交叉杆设置在侧架下部，故习惯称之为下交叉支撑转向架。如图1 1 所示，转i ( 6 型转向 架主要由轮对、基础靠4 动装置、摇枕、侧架和交叉支撑装置等组成。一系悬挂采用轴箱 弹性剪切垫；二系悬挂采用带变摩擦减振装置的中央枕簧悬挂系统，摇枕弹簧为二级刚 度：两侧架之间加装侧架弹性下交叉支撑装置；采用直径为3 7 5 n n 的下心盘，下心盘内 设有尼龙心盘磨耗盘：采用j c 型双作用常接触弹性旁承；装用2 5 t 轴重双列圆锥滚 子轴承，滚动轴承采用s k ft b u l 5 0 型、f a gt a r o l l 5 0 型滚动轴承或3 5 3 1 3 0 a 、 3 5 3 1 3 0 b 等紧凑型滚动轴承。采用轻型新结构i i e z b 型铸钢车轮或i e s a 型辗钢车轮；基 大连理工大学专业学位硕士学位论文 础制动装置为中拉杆式单侧闸瓦制动装置，采用l a 或l - b 型组合式制动梁，新型高摩 合成闸瓦。 由于转l ( b 型转向架安装了弹性下交叉支撑装置，车辆运行时，拉杆有效地阻止两侧 架成菱形错位，即阻止两侧架之间作相对的纵向错动，而且，由于该弹性连接及其弯曲 柔性不会引起过大的刚度。选择橡胶套是为了使转向架产生所希望的剪切柔性，以便获 得动力稳定的结构。目前，转i ( 6 型转向架是我国提速货车的主型转向架，适用于标准轨 距、轴重2 5 吨、商业运行速度为1 2 0 k m h 的各型铁路货车嗍。 转l ( 8 型转向架主要性能参数： 轨距 1 4 3 5 r 砌 轴重 2 5 t 轴型 r e 2 a 或r e 2 b 自重 4 8 t 最高商业运营速度 1 2 0 k m h 通过最小半径( 限速) 1 4 5 m 基本尺寸 固定轴距 1 8 3 0 m 轴颈中心距 1 9 8 1 衄 旁承中心距 1 5 2 0 r m n 空车心盘到轨面高( 心盘载荷6 5 7 l 【n ) 6 8 0 , m 下心盘直径 3 7 5 姗 下心盘面到下旁承顶面距离 自由状态 9 2 咖 工作状态83mm 侧架上平面到轨面距离 7 8 7 咖 侧架下平面到轨面距离 1 6 2 衄 车轮直径840rion 游动杠杆自由端与铅垂面夹角 5 3 。 基础制动装置制动倍率 4 铁路货车转】 6 型转向架性能改进 图1 1 转k 型转向架的结构 f i g 1 1s w a c t t mo f t u r ekb o g i e - 4 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 1 ) 侧架组成 侧架组成结构见图1 2 ，支撑座通过沿侧架大体中心线上下两条焊缝焊接在侧架上， 组装位置必须用专用组焊工装保证，配合面允许打磨修配；立柱磨耗板通过4 个折头螺 栓与侧架立柱紧固。 ( 2 ) 摇枕组成 转j ( 6 型转向架摇枕见图1 3 ，由固定杠杆支点座组成、摇枕、下心盘、斜面磨耗板 组成，摇枕材质为b 级钢。 图1 2 侧架的结构 f i g 1 2s t r u c t t u eo f s i d ef r a m e ： ( 3 ) 基础制动装置 图1 3 摇枕的结构 f i g 1 3s t r u c t u r eo f b o l s t e r 转i ( 6 型转向架基础制动装置见图1 4 ，由左、右组合制动梁、中拉杆、固定杠杆、 固定杠杆支点、游动杠杆、高摩合成闸瓦，各种规格的耐磨销套组成。 图1 4 基础制动装置 f i g 1 4b r a k er i g g i n g 铁路货车转型转向架性能改进 ( 4 ) 交叉支撑装置 侧架弹性下交叉支撑装置由1 个下交叉杆、1 个上交叉杆、8 个橡胶垫、4 个双耳垫 圈、4 个锁紧板、4 个紧固螺栓组成( 见图1 5 、1 6 ) 。 图1 5 交叉杆 f i g 1 5f r a m e b r a c e 图i 6 交叉杆结点 f i g 1 6f r a m eb r a c en o d e ( 5 ) 轮对轴承 轮对见图1 7 ，由一条车轴、两个车轮，两套轴承装置组成：轴承“1 见图i 8 、1 9 ， 是由外圈、内圈、保持架、滚子、中隔圈、密封系统组成。 图i 7 轮对 f i g 1 7w h e e l e s t 图1 9 轴承 f i g 1 9b e a r i n g 图1 8 轴承 f i g 1 8b e a r i n g 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 2 确定研究课题 在今后的若干年内，我国主型铁路货车转向架仍将是铸钢三大件式转向架0 1 ，其主 导技术仍是交叉杆支撑技术，其核心是克服原三大件式转向架抗菱刚度低、蛇形稳定性 差、轮缘磨耗严重等问题嗍。采取的方法除了仍采用交叉杆增加转向架抗菱刚度，提高 蛇形运动临界速度外，还必须对目前制约转向架性能的轴承和基础制动装置进行改进。 通过对轴承和基础制动装置进行改进，不仅能够优化转向架的动力学性能，还能够提高 转向架的运用寿命和运行安全性。 从2 0 0 4 年开始，铁道部招标采购的国铁货车就包含轴重2 5 吨的货车，目前轴重2 5 吨的货车采用的比较成型的技术就是交叉支撑转向架即l ( 6 型转向架，但是目前l ( b 型转向 架仍然存在诸多不足，有待进一步改进。这一切都为开展转k 。型货车转向架不断的生产 改进提供了广阔的前景。 目前，国内重载货车转向架的设计由于没有成熟的设计经验可以引用，还有一些不 足之处。而且就目前的制造水平来看，也存在达不到设计要求的情况，这两方面主要体 现在： ( 1 ) 转l 【5 型转向架的投入运用时间不长，无法得到更准确的验证考核。 ( 2 ) 重载货车转向架轴承故障率高。 ( 3 ) 制造水平无法满足轴承需求量，造成供求关系不平衡，轴承生产质量不稳定。 f 4 ) 由于基础制动装置动作不灵活，使车轮踏面磨耗相当严重，而且存在局部偏磨。 因此，本文结合转k 。型转向架的关键部位轴承和基础制动装置，面向转k 。型转 向架的实际结构和生产运用中出现的问题，以转l ( 6 型转向架的性能改进为课题，对轴承 的设计制造进行改进，确保轴承设计合理，制造水平先进，质量保持稳步提高，解决了 转k 。型转向架运动最关键部分的大问题。并且，针对基础制动装置在实际运用中出现的 制动不灵活的问题，对其进行彻底改进。 1 3 本章小结 1 、随着我国铁路货车高速、重载的发展，以交叉支撑技术为核心的三大件式新型 转i ( 6 型转向架已成为我国提速货车、重载货车的主型转向架。 2 、转l 【6 型转向架在设计和运用上还存在一些不足之处，必须对目前制约转向架性 能的轴承和基础制动装置进行改进。 3 、鉴于轴承和基础制动装置的特殊性和关键性，使得这二者的性能改进迫在眉睫。 铁路货车转k 型转向架性能改进 2 转i ( 6 型转向架改进方案拟定 轴承不但承受载荷，而且还是轮对的旋转部件，而基础制动装置又是与运行安全密切相关的部 位。自2 0 0 4 年转l ( 6 型转向架投入运用以来，出现问题最多、最严重的就是轴承和基础制动装置， 每年铁道部都要投入大量的人力物力来维护和监控轴承的运用状态、更换基础制动装置零部件，有 鉴于此，本文所阐述的转向架的改进就是以这两方面为重点的。 2 1 轴承改进方案 2 1 1 国外几种重载轴承的对比分析 ( 1 ) s l 【f 紧凑型轴承：s i ( f 轴承采用了紧凑型结构，见图2 1 ，取消密封座，加宽内 圈宽度，密封结构采用密封橡胶与内圈大挡边外径低摩擦接触式密封，内圈大端面与后 挡间加塑钢垫圈，此结构轴间距可缩短到9 8 ，使轴承和轮轴使用性能得到大大改善。 图2 1s i ( f 轴承 f i g 2 1s k fb e a r i n g 该结构轴承存在以下优点： 降低了交变弯力距，改善了轴承承载条件，提高了轴承的使用寿命和运转能力； 降低了轴承微动磨损，提高轴承使用清洁度以及使用寿命，也提高轴承大修套圈返 修率； 该密封结构微动磨损污染物不易进入轴承内部，保持轴承清洁度。 该结构轴承存在以下缺点： 该结构轴承大修解体困难； 一8 一 密封结构采用接触式密封，密封效果不如国内的迷宫式密封效果好，水气进入轴承 润滑脂中造成乳化而导致早期失效，且轴承温升相对较高。 ( 2 ) f a g 公司轴承：f a g 轴承见图2 2 ，结构与原接触式1 9 7 7 2 6 轴承结构相近，密 封橡胶取消弹簧过盈，密封橡胶加长以提高密封性，轴间距为1 1 5 左右 图2 2f a g 轴承 f i g 2 2 f gb e a r i n g 该结构轴承存在以下缺点： 对密封橡胶耐油性、尺寸稳定性和弹性要求高； 轮轴仍比较长，交变弯力距仍较大。 ( 3 ) 布兰克紧凑型轴承：布兰克紧凑型轴承见图2 3 ，密封结构采用小缝隙密封圈结构， 密封橡胶与防护板形成迷宫式非接触型密封。 伺筛兰笛箨差辫 巨竖= 受隰列彩 i 痒 审嗣 ， 晤| h 镌 浯 hi l 筵醪! 勒豸。 x 也 图2 3 布兰克轴承 f i g 2 3b l ob e a r i n g 铁路货车转l 6 型转向架性能改进 该轴承优点是： 轴承密封效果好，对于保护润滑脂和排除杂质非常有效； 密封形成低扭矩，轴承温升低； 轴承大修解体容易，便于返修。 该轴承缺点是：轴承工作中心到轴肩距离目前未达到到1 1 0 ，需进一步缩短改进。 布兰克紧凑型轴承制造工艺： 滚子冲压采用封闭式冲压成型，无环带，提高材料利用率，减少加工工序； 滚子在线外径尺寸自动检测、在线超声波清洗； 工程塑料保持架自动装滚子，内圈与工程塑料保持架和滚子组件自动压装； 在线自动检查内组件是否漏装滚子、保持架装后是否损坏； 外圈顺序号电脑控制自动机械打印； 热处理采用全自动电脑控制流水线作业。 2 1 2 国内几种重载轴承的对比分析 目前国内铁路2 5 t 轴重提速重载货车转向架使用的轴承包括3 5 3 1 3 0 x 2 - 2 r z 、 3 5 3 1 3 0 a 和3 5 3 1 3 0 b 三种结构轴承。精度采用5 级，套圈材料采用g 2 0 g r n i 2 m o a 电渣重 熔渗碳钢“”，滚子材料采用g c r l 5 电渣重熔轴承钢。装用的车辆运行速度1 2 0 公里小 时，轴承最大温升：外温+ 5 5 ，寿命1 8 0 万公里或8 年。 ( 1 ) 3 5 3 1 3 0 x 2 - 2 r z 轴承 图2 43 5 3 1 3 0 x 2 - 2 r z 轴承 f i g 2 43 5 3 1 3 0 x 2 2 r zb e a r i n g 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 0 0 3 年铁道部开始研制2 5 吨轴重货车3 5 3 1 3 0 x 2 - 2 1 l z 轴承，见图2 4 ，该轴承虽然 能够满足使用要求，但轴承工作中心到轴肩距离为1 2 5 ，与之配合的r e 2 型车轴在运行 过程中经常出现卸合槽( 轴肩过渡圆弧与轴颈交接处) 早期疲劳现象，影响车辆安全运 营。因此，必须缩短轴承工作中心到轴肩距离1 2 5 ，来提高轮轴和轴承可靠性。 ( 2 ) 3 5 3 1 3 0 a 轴承：紧凑型3 5 3 1 3 0 a 轴承见图2 5 ，结构是无密封座的两面带密封的双列 圆锥滚子轴承，油封与端盖和后挡形成迷宫式密封，轴承工作中心到轴肩距离为1 1 0 ，达到铁 道部要求。 图2 53 5 3 1 3 0 a 轴承 f i g 2 53 5 3 1 3 0 ab e a r i n g 该轴承优点是： 轴承结构紧凑，轴承工作中心到轴肩距离达到i1 0 ，降低因轴承承载丽产生的 交变弯力距，改善轴承承载条件，提高轴承的使用寿命和运转能力； 降低因轴承承载而产生的微动磨损，提高轴承使用清洁度以及使用寿命，也提 高轴承大修套圈修复率； 提高轮轴的钢性，降低轮轴在运行过程中经常出现卸合槽早期疲劳现象，提高 车辆安全运营。 轴承油封与端盖和后挡形成迷宫式密封，密封效果好； 轴承大修解体容易，便于返修。 缺点： 端盖、后挡与轴承油封联合形成迷宫式密封，端盖、后挡结构复杂，加工难度较大 由于后挡变薄，轴承在拆卸过程中后挡容易变形而报废； 铁路货车转磁型转向架性能改进 装配麻烦，须轴承与端盖、后挡装在一起后压装到轴上。 2 1 3 国内试用的3 5 3 1 3 0 b 轴承及其改进方案 越兰么笔篷垒翘，= ，一弋= 搬孵；矿 习 一 f 牡 十】一 * l 富 雹； 一 ： 舌乌 1 j ( ? 广f 弋 二：# 辫暴丝线么 、 皤易易劣考雳薄d 图2 63 5 3 1 3 0 b 轴承 f i g 2 63 5 3 1 3 0 bb e a r i n g 为了使2 5 吨轴重轴承使用性能居于国际领先水平，以提高运营可靠性，结合s k f 紧凑型轴承、f a g 轴承、布兰克轴承的结构特点铁道部和轴承生产厂家又联合研制开 。发了3 5 3 1 3 0 b 轴承，见图2 6 ，该轴承将国产3 5 3 1 3 0 a 轴承迸一步优化，采用先进的密封 装置，将轴承与后挡间在运行过程中微动磨损产生的铁屑挡在密封之外，保持轴承内部 清洁度，提高了轴承的寿命和可靠性“4 。该轴承取消了密封座，加宽内圈宽度，密封结 构采用非接触的l l 密封，内圈大端面与后挡间加塑钢垫圈，此结构轴承工作中心到轴 肩距离可缩短到11 0 ，使轴承和轮轴使用性能得到大大改善。紧凑型3 5 3 1 3 0 b 轴承使用 后，降低了交交弯力距和微动磨损，改善了轴承承载条件，提高了轴承的使用清洁度、 使用寿命和运转能力。 从目前使用来看，这种设计改进方案是可行的，轴承改进工作主要是围绕3 5 3 1 3 0 b 轴承的设计改进、工艺研究改进、现场制造改进等方面展开，改进步骤如下： ( 1 ) 通过试验分析，对轴承密封装置进行改进，最终结果就是要得到最合适的密封 结构，保证轴承内部清洁度； ( 2 ) 通过数据对比和现场试验，对数据进行分析，对轴承套圈( 专指内圈、外圈) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 热处理留进行压缩和合理分配，达到改进控制变形和减少工序的目的： ( 3 ) 套圈磷化方面的改进，由于涉及到工艺保密，此方面的改进只将改进效果在后 面进行阐述： ( 4 ) 通过数据对比，分析滚子残磁对粗糙度和后工序加工的影响程度，采取措施控 制滚子残磁； ( 5 ) 研究套圈的加工的自动生产线，提高质量，降低成本； ( 6 ) 对成品装配进行控制，要达到规范化作业，自动化生产。 2 2 基础制动装置改进方案 转向架基础制动装置的优劣对货车运行品质不会产生影响，但对货车运行安全的影 响程度不亚于轴承，必须要采用稳定可靠的基础制动装置。本方面的改进主要是在新结 构制动梁组合式制动梁的基础上进行的。 新结构制动梁推出后，体现了很多优点，同时带来了基础制动不灵活的难题。很多 改进方案陆续被提出： ( 1 ) 改进固定杠杆支点，采用绞链连接，提高转动灵活性。 ( 2 ) 改进中拉杆角度，使转向架上的两套制动装置在同一个制动平面上。 ( 3 ) 改进制动梁本身结构，达到灵活制动缓解灵活。 。上述每方案都不尽完善，没有从根本上分析原因、解决问题。通过各种方案的对比 和借鉴，本文的采取的方案是：对现场使用的零件进行测算，通过测算结果，进行进一 步计算分析，用图例进行实际说明，最终的结论是：要改进固定杠杆弯曲角度。 2 3 本章小结 本章主要通过轴承和基础制动装置各种改进方案的对比分析，拟定出合理的改进研 究方案，为提高转向架的性能提供可行性依据。 铁路货车转型转向架性能改进 33 5 3 1 3 0 b 轴承改进 根据国内重载轴承在使用过程中暴露出的问题，最终基于对使用的可靠性、经济性 考虑，采用了一种更安全合理的设计方案非接触密封结构的3 5 3 1 3 0 b 紧凑型轴承 “”。在此基础上，对新结构轴承的结构和工艺制造过程进行分析、研究、规范和控制。 本章所研究的新技术“”、新制造手段主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 轴承密封采用迷宫式密封结构技术 以前轴承密封方式为接触式密封，密封效果不佳，存在“甩油”现象，因摩擦导致 轴承温升高，密封橡胶易早期老化等缺点，因而轴承达不到设计使用寿命要求。采用迷 宫式密封结构，因密封为非接触式密封，适合高速下运转，轴承温升低，使用寿命长， 防尘、防水效果好。 ( 2 ) 滚子滚动母线采用对数母线技术 滚子滚动表面凸度设计是提高轴承承载能力和使用寿命的重要技术参数。以前滚子 滚动表面两端呈弧坡形，中间为直线的半凸形式或全凸形式，在较高载荷下容易产生应 力集中，而滚子滚动母线采用对数母线，中部曲率小，越往两端曲率越大，使轴承在较 高载荷下滚子与套圈滚道间仍能保持均匀的接触应力，可使轴承寿命提高近一倍。 ( 3 ) 采用紧凑型结构技术 采用紧凑型结构即取消密封座，密封装置与端盖、后挡形成迷宫式密封。该结构缩 短轴长。轴承中, o n 轴肩距离由原先的1 2 5 衄缩短到1 1 0 唧，减小弯距，提高车轴的刚 性以及轴承承载稳定性，同时减小轴承滚道边缘应力集中，提高轴承承载能力和转速， 实现高速、重载、安全、可靠的要求。 ( 4 ) 渗碳热处理工艺技术 轴承套圈材料为g 2 0 g r 2 n i m o 渗碳钢，渗碳层深度稳定性和均匀性对轴承的使用寿命 和可靠性有较大影响。因此需采用新的淬火保护气氛和压模工艺，研究热处理留辆工艺， 降低套圈变形量和减少磨工留量，以保持良好的渗碳层深度稳定性和均匀性。 ( 5 ) 采用工程塑料保持架技术“” 在使用非接触密封结构的紧凑型轴承以前，货车轴承保持架为钢板冲压结构，钢板 冲压保持架经常出现早期断裂或呈粉碎性破损，进入滚道使轴承卡死，导致车辆热轴， 甚至切轴，造成事故和经济损失。通过采用工程塑料保持架，可避免断裂或粉碎性破损 进入滚道后使轴承卡死，并且轴承温升较慢，通过红外线探测仪可及时发现，工程塑料 保持架代替钢板冲压保持架，已经在各种铁路货车轴承上采用。 ( 6 ) 采用内圈、滚子、工程塑料保持架自动组装技术 大连理工大学专业学位硕士学位论文 在使用非接触密封结构的紧凑型轴承以前，货车轴承内圈、滚子、保持架组装为手 工装配，组装时内圈、滚子出现的磕碰伤在组装后不易检查出来，从而降低轴承使用寿 命和可靠性。因此需引进或研制内圈、工程塑料保持架滚子自动装设备。 ( 7 ) 轴承装配性能检测技术 装配后的轴承性能检测一直是国内空白，可以引进自动幅高检测装置，实现高波、 中波、低波三波段自动测振与分析“，提高轴承装配质量，及时发现质量问题，提高轴 承可靠性。 ( 8 ) 采用特殊的磷化工艺和轴承装配游隙检测技术 通过采用特殊的磷化工艺，取消套圈滚道磷化膜对游隙的影响；通过研究制定加载 游隙检测规范，可避免滚子自锁对游隙的影响，实现准确的游隙检测，提高产品质量。 因此需引进特殊的磷化工艺、设备和技术，同时需研究引进加载游隙检测技术和设备。 ( 9 ) 台架模拟试验技术 建立专门的铁路轴承模拟试验机，可对铁路轴承高转速、高可靠性、动态负荷以及 温度分布、润滑性能、振动等多项数据进行试验分析，找出影响和制约因素所在，最终 确定轴承的最佳设计结构，验证制造工艺的合理性。 3 1 国内几种重载轴承使用情况分析 2 0 0 4 年7 月提速重载货车轴箱3 5 3 1 3 0 x 2 - 2 r z 轴承研制成功，并在铁道部四方车辆 研究所进行台架试验，效果良好。2 0 0 4 年1 1 月在铁道部环行线进行跑车试验，运行超 过1 2 万公里，达到使用要求。 3 5 3 1 3 0 x 2 2 r z 环行线进行跑车试验过程中个别轴肩根部出现早期疲劳现象，为此， 铁道部召集了铁道部技术部门和轴承生产单位的有关设计、使用方面专家，对轴承以及 相关轮轴进行了改进，产生了3 5 3 1 3 0 a 轴承。该轴承可替代美国铁姆肯轴承和瑞典s k f 进口轴承，实现高速、重载轴承国产化。 2 0 0 5 年1 月3 5 3 1 3 0 a 轴承在铁道都四方车辆研究所进行台架试验，效果良好。2 0 0 5 年2 月小批量生产3 5 3 1 3 0 a 轴承8 0 0 套，分别在齐齐哈尔车辆厂( 装6 4 0 套) 和包头6 1 7 厂( 装1 6 0 套) 装车，并发往大秦线进行运营。2 0 0 5 年3 月生产4 0 0 0 余套3 5 3 1 3 0 a 轴 承，分别在齐齐哈尔车辆厂和沈阳车辆厂批量装车。运用段时间后，由于3 5 3 1 3 0 a 轴 承装配、拆卸麻烦，端盖、后挡制造困难，而且容易遭到破坏，2 0 0 5 年6 月停止生产。 2 0 0 5 年2 月开始，3 5 3 1 3 0 b 轴承小批量应用于重载货车转向架上，2 0 0 5 年8 月开 始大量使用，就使用情况来看，其使用状态完全达到了预期的设计使用效果，完全可以 替代进口重载轴承和国内其它型号的重载轴承。 铁路货车转型转向架性能改进 3 2 轴承的设计参数优化 ( 1 ) 紧凑型3 5 3 1 3 0 b 轴承是基于3 5 3 1 3 0 a 轴承基础上，对其结和零件尺寸要求的该 进，其最大特点是采用了新的密封结构l l 油封，解决了3 5 3 1 3 0 a 轴承装配、拆卸麻 烦的问题，同时在整个制造过程的控制上都采取了更合理的工艺，在零件的设计尺寸要 求上也做了改动( 见表3 1 ) ，由对比表可以看出，有的要求加严，有的要求反而放宽， 所有的改进都是基于优化设计和完善工艺的角度考虑。 表3 13 5 3 1 3 0 b 轴承与3 5 3 1 3 0 a 轴承设计参数对比 t a b 3 1c o m p m b e t w e e n t h e d e s i g n p m m n e t e r s o f 3 5 3 1 3 0 ba n d3 5 3 1 3 0 a b e a r i a g 大连理工大学专业学位硕士学位论文 一1 7 - 铁路货车转k s 型转向架性能改进 ( 2 ) 3 5 3 1 3 0 b 轴承的关键项点见表3 2 ，在制造的过程中需要严格控制，否则会影响轴承性能。 表3 23 5 3 1 3 0 b 轴承的关键项 垡：! ：! 垃i 堕堕型塑堕煎 名称 编号 描述说明 级别备注 一1 8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 3 ) 外圈制造特殊要求： 外圈滚道角度为9 。5 8 1 5 。，比设计原理的1 0 。小，这样有利与在压罩后， 由于套圈与密封罩过盈量，滚道角度向外涨，使滚子与滚道在中部接触，防止偏载。 标志生产顺序号( 以年记) j 有两方面作用。一方面具有产品追索性，另一 方面可以考核该批产品质量稳定性。 ( 4 ) 内圈制造特殊要求： 内圈引导挡边与滚子球基面接触是滑动摩擦，并承受轴向力，是轴承温升主 要原因之一，引导挡边表面粗糙度为r a 0 2 。 引导挡边角度带公差，为8 。1 3 。5 ，这样有利予滚子球基面接触在内圈 有效挡边上，可通过检查挡边落差检测角度。 中1 5 9 是安装塑钢隔圈尺寸，尺寸比较关键。 挡边外径中1 9 9 2 3 与l l 内油封内径配合，直接关系到l l 油封装配质量，尺 寸关键。 ( 5 ) 密封系统的特殊要求： 密封罩外径凸台高度尺寸须保证，以防止出现掉罩现象( 国外有掉罩现象) 。 内油封内径与内圈大挡边外径配合尺寸关键。 铁路货车转k 6 型转向架性能改进 3 3 轴承密封的研究及应用 中国铁道部有将近5 0 0 ，0 0 0 辆货车，选用的轴承为带有密封装置的双列圆锥滚子 轴承。因为中国铁路货车运行环境条件比较差，所以轴承密封方面出现的问题就比较突 出。根据瓦轴集团十年来的大修统计资科来看，由于密封差、润滑不良及清洁度低造成 货车滚动轴承的报废，占报废总数的4 3 ，其中6 2 8 出现在轴承的外圈上。根据瓦轴 集团大修分厂的统计资料，在2 0 0 4 年的5 至1 2 月间，入厂大修的5 2 2 5 0 套1 9 7 7 2 6 型 铁路轴承中，由于密封不好造成的轴承废品率占总废品率的7 1 5 8 。中国铁路货车轴 承密封上出现的问题大致为：在投入使用时，初期磨合阶段温升过高；持续使用后。密 封罩松动：油封脱落；边缘损坏及严重老化；密封装置过早失效等。上述问题都可能导 致轴承油脂流出( 漏油) ，灰尘、沙子、水侵入轴承，使轴承中的润滑脂变质或泄漏， 出现点蚀、压印、锈蚀、变色、过早剥落等现象。这样不仅降低轴承使用寿命，还会导 致热轴故障，危及运输安全，这种情况每年都给铁路货车运用部门造成巨大损失。 针对以上货车轴承密封存在的实际情况，铁道部组织相关科研人员对铁路货车轴承 密封做了长期的试验和研究。此项工作在时间及内容上可分为三个阶段。 3 3 1 第一阶段提高货车轴承密封性能的研究 以前中国铁路货车应用的轴承密封沿用了美国铁木肯公司最早生产的、传统的、带 有弹簧的可调油封，其结构及密封机理如图3 1 所示。此种油封主要利用油封唇口及轴 表面间必要的游隙及压力的供给，以防止密封介质的泄漏。很明显，只依靠改善油封的 材料以求始终保持恒定的接触压力，从而避免油封唇口的磨损是很困难的。所以，油封 的运转性能不稳定，使用寿命很短。因此，必须应用新的油封理论提高传统油封的密封 效果。动力回流油封是根据流体动力学的原理并利用液体的附着摩擦剪切力的特性完成 的。在这种油封中，在传统油封主唇口副角的锥体上，采用车加方法加工出一些地理图 形或沟槽图形，这样在轴高速旋转时就产生了动力流体压力，从而使油封唇口泄漏的介 质又被迫流回。回流不仅可以提高密封的性能，而且由于介质连续不断的回流，还可使 油封唇口很快冷却，降低了唇口的温度“”，延迟了油封的老化