CRH3C型动车组转向架轴箱轴承失效原因分析及新型结构研究

CRH3C型动车组转向架轴箱轴承失效原因分析及新型结构研究CONTENTS目录01引言与研究背景02轴箱轴承故障现状与分类03轴箱轴承失效原因分析04新型轴箱轴承结构改进CONTENTS目录05新型轴承实验结果与分析06结论与建议01引言与研究背景CRH3C型动车组概况技术引进与速度等级CRH3C型动车组为引进德国西门子技术生产的时速300公里速度级高速动车组。编组与牵引功率该动车组采用8辆4动4拖编组，牵引总功率达到8800kw。投入运用情况自2008年起，CRH3C型动车组先后在京津、武广和沪宁等线路投入运用。轴箱轴承的重要性及研究意义

01轴箱轴承在动车组运行中的核心作用轴箱轴承是CRH3C型动车组转向架的关键部件，承担列车重量、传递牵引力与制动力，其性能直接影响列车运行的安全性、平稳性和可靠性。

02CRH3C型动车组轴承运用规模与故障现状CRH3C型动车组装车运用的转向架轴箱轴承总数量为5120套，在运用中共发生轴箱轴承故障52起，包括轴温升高34起、热轴预警10起、滚动异响8起，对运营安全构成潜在威胁。

03开展失效原因分析与新型结构研究的必要性通过深入分析轴承失效机理，优化设计并验证新型结构轴承，可有效解决油脂流失、润滑不良及剥离失效等问题，提升动车组运行安全水平，降低维护成本，对保障高速轨道交通可持续发展具有重要意义。原结构轴承基本信息

轴承型号与生产厂家CRH3C转向架轴箱轴承由舍弗勒公司提供，采用02版轴承，轴承代号为F-807811.02.TAROL130240-B-TVP。

轴承规格参数轴承规格为130240160，设计为120万公里免维护、免注脂，新轴承注脂量为240±10g。

润滑油脂型号原结构轴承使用L218型号油脂，其使用温度范围为-30℃至140℃，40℃时油脂粘度为40mm²/s，密度约为0.929kg/dm³。

密封结构特点轴承防尘罩与内圈的间隙为0-0.6mm，密封罩结构较为简单，锁定油脂能力较差，易导致润滑脂在运行中流失。02轴箱轴承故障现状与分类故障总体情况统计故障总数及分类占比

CRH3C型动车组在运用中共发生轴箱轴承故障52起，主要分为轴温升高、热轴预警、滚动异响三类，分别占比65.4%、19.2%、15.4%。轴温升高故障细分

轴温升高故障共34起，其中轴承外圈滚道剥离14起，轴承滚道未剥离14起，未确认6起，剥离故障占该类故障的41.2%。热轴预警故障细分

热轴预警故障共10起，其中轴承外圈滚道剥离7起，轴承滚道未剥离3起，剥离故障占该类故障的70%。滚动异响故障细分

滚动异响故障共8起，其中轴承外圈滚道剥离4起，轴承滚道未剥离4起，剥离故障与未剥离故障各占50%。轴温升高故障分析

轴温升高故障概况CRH3C型动车组在运用中共发生轴箱轴承故障52起，其中轴温升高故障34起，占比约65.4%。

轴温升高故障表现轴温升高故障中，包含轴承外圈滚道剥离14起，轴承滚道未剥离14起，未确认6起。

轴温升高故障诱因轴承密封结构设计缺陷导致油脂大量流失，润滑不良，高速运转时难以形成有效润滑油膜，线路冲击和振动引发轴承剥离失效，进而导致轴温升高。热轴预警故障分析

热轴预警故障概况CRH3C型动车组在运用中共发生轴箱轴承故障52起，其中热轴预警故障共10起。

热轴预警故障与轴承剥离关系10起热轴预警故障中，轴承外圈滚道剥离7起，轴承滚道未剥离3起，表明热轴预警与轴承剥离存在较高关联。

热轴预警故障原因关联热轴预警故障根本原因与轴温升高故障一致，均由轴承密封结构设计缺陷导致油脂流失、润滑不良，高速运转下难以形成有效润滑油膜，线路冲击振动引发轴承失效。滚动异响故障分析

滚动异响故障概况CRH3C型动车组在运用中共发生滚动异响故障8起，其中轴承外圈滚道剥离4起，轴承滚道未剥离4起。

故障轴承分解检查结果对滚动异响故障轴承拆解检查发现，存在外圈滚道剥离、滚子剥离、滚道油膜缺失、轴承防尘罩脱出等问题。

滚动异响故障原因分析轴承密封结构设计缺陷导致油脂大量流失，润滑不良，高速运转时难以形成有效润滑油膜，线路冲击和振动引发轴承部件异常接触，产生滚动异响。03轴箱轴承失效原因分析故障轴承分解检查情况外圈滚道与滚子损伤检查发现故障轴承存在外圈滚道剥离、滚子剥离现象，剥离区域局部放大观察可见疲劳扩展特征。润滑及密封系统异常存在滚道油膜缺失、轴承防尘罩脱出、轴端甩油等问题，轴承油脂量偏少且锥入度值大小不一。其他表面损伤类型部分轴承出现锈蚀、变色、滚子端面磨痕、内圈滚道凹痕等表面损伤情况。轴箱轴承理化分析结果异常磨损与滚道剥离现象大部分故障轴承存在不同程度的异常磨损、滚道剥离，剥离区域局部放大观察可见疲劳扩展特征。轴承油脂状态异常轴承油脂量偏少且轴承锥入度值大小不一，影响润滑效果。材料性能指标正常轴承外圈、内侧内圈和内侧滚子的硬度、金相组织、非金属夹杂物等项指标均在正常范围。走行里程与故障关系分析故障轴承走行里程分布分解检查的25件剥离故障轴承中，剥离故障发生时的最低运用里程为63万公里，最高运用里程为118.9万公里。关键里程节点预警当轴承运行里程超过80万公里时，轴承的运行状态会逐渐恶化，存在运行安全隐患。里程与故障关联性结论随着运行里程增加，轴承因密封结构缺陷导致的油脂流失问题加剧，润滑不良引发的剥离失效风险显著上升，80万公里是轴承状态恶化的重要临界点。原结构轴承设计缺陷分析密封结构设计缺陷原结构轴承防尘罩与内圈间隙为0-0.6mm，结构简单，锁定油脂能力较差。圆锥滚子轴承设计导致润滑脂易向密封罩和中隔圈处堆积，在长时间运行中造成油脂大量流失。润滑脂性能局限原轴承使用L218油脂，其温度工作范围及粘度特性不足。结合动车所检查，CRH3009列在总运行里程99万公里、M1修后运行6万公里时，7个轴端外侧润滑脂泄漏量达2克至12克，进一步加剧润滑不良问题。维护设计不足原轴承为120万公里免维护、免注脂设计，新轴承注脂量为240±10g，但缺乏中途补充润滑脂的结构设计。当运行里程超过80万公里后，轴承因油脂流失导致运行状态逐渐恶化，存在安全隐患。现场轴承检查情况

例行检查发现的普遍问题结合动车所十万公里空心轴探伤，打开轴端检查发现轴承端面普遍存在甩油现象，表明轴承密封存在失效风险。

典型案例：CRH3009列轴承检查2012年2月在北京动车段M修中，对总运行里程99万公里、M1修后运行6万公里的CRH3009列7个轴端检查，发现每个轴端外侧润滑脂泄漏量在2克至12克之间，泄漏情况普遍且明显。故障结论总结

密封结构设计缺陷轴承本身密封结构存在设计缺陷，密封不良，油脂的锁定能力较差，易造成轴承油脂大量流失。

润滑不良导致失效油脂大量流失最终导致轴承油脂偏少，轴承润滑不良，高速运转缺油的轴承难以形成有效的润滑油膜，线路较大的冲击和振动导致轴承剥离失效。

运行里程与状态恶化关系当轴承运行里程超过80万公里时，轴承的运行状态会逐渐恶化，存在运行安全隐患。04新型轴箱轴承结构改进新结构轴承型号及基本参数

01新结构轴承型号新结构轴承型号为F-807811.09。

02轴承规格轴承规格为130240160。

03油脂型号及参数使用L055油脂，其使用温度范围、粘度等参数相较于原L218油脂有所改进，以增强锁定油脂能力，避免大量流失。密封防尘罩结构改进01原结构密封缺陷分析原轴承防尘罩结构简单，与内圈间隙为0-0.6mm，锁定油脂能力较差，圆锥滚子轴承运转时润滑脂易向密封罩和中隔圈处堆积，导致长时间运行后油脂大量流失。02新增迷宫式密封结构新结构轴承（F-807811.09）改进防尘罩设计，增加类似迷宫结构，通过多道曲折路径增强密封效果，有效提升油脂锁定能力，减少润滑脂泄漏。03密封性能验证效果对比试验显示，采用新结构密封防尘罩的轴承在553814公里运用考核中，油脂泄漏量显著低于原结构轴承，且未发生轴温升高、预警及异响等故障，密封改进效果明显。注油孔设计增加新增注油孔的位置与数量新结构轴承在外圈中部增加3个均布M10注脂孔和密封堵，实现对轴承内部油脂的补充与维护。注油孔设计的核心作用通过注油孔可在轴承运用过程中按需补充润滑脂，解决原结构轴承免维护设计导致的油脂流失后无法补脂的问题，延长轴承有效润滑周期。与原结构轴承的对比优势原结构轴承为120万公里免维护、免注脂设计，油脂流失后无法补充；新结构轴承通过注油孔设计，实现油脂动态补充，配合改进的密封和油脂性能，提升轴承运行可靠性。润滑油脂改进（L055与L218对比）

温度工作范围对比L218油脂使用温度范围为-30℃至140℃，而L055油脂的温度工作范围更宽，能更好适应不同运行环境温度变化。

粘度性能对比在40℃时，L218油脂粘度为40mm²/s，L055油脂通过改进粘度特性，增强了在高速运转下的润滑膜保持能力，减少油脂流失。

密度参数对比L218油脂密度约为0.929kg/dm³，L055油脂在密度参数上进行优化，有助于提升油脂在轴承内部的附着性和稳定性。

锁定油脂能力提升新型L055油脂与改进的密封结构配合，显著增强了轴承锁定油脂的能力，有效避免了原L218油脂易大量流失的问题，保障轴承长期润滑效果。轴承钢冶炼工艺优化原冶炼工艺基础新结构轴承钢在原真空脱气冶炼工艺的基础上进行优化，以提升材料性能。氩气保护电渣重熔工艺增加氩气保护电渣重熔工艺，进一步提高轴承钢的纯净度和致密度，改善材料力学性能，从而增强轴承的可靠性和使用寿命。内、外圈表面处理工艺改进

锌基磷化工艺应用新结构轴承内圈、外圈均进行了锌基磷化工艺处理，通过在金属表面形成磷化膜，提升轴承的耐腐蚀性和表面润滑性能，减少摩擦磨损。

工艺改进的作用锌基磷化处理有助于增强轴承表面与润滑脂的吸附能力，改善润滑效果，同时提高轴承在复杂运行环境下的抗锈蚀能力，延长轴承使用寿命。05新型轴承实验结果与分析实验方案设计

01实验对象与分组选取CRH3078C列动车组，5-8号车安装32套新结构轴承（F-807811.09），1-4号车安装32套原结构轴承（F-807811.02.TAROL130240-B-TVP）作为对照。

02实验周期与检测项目实验周期自2012年起至2013年7月19日，累计运用553814公里，经历6个M1修。重点监测轴承油脂泄漏量、轴温变化、异响情况及运行状态。

03数据采集与对比方法通过动车所检修记录收集轴承漏脂数据，采用西门子软件逻辑判断轴温状态，对比原结构与新结构轴承在相同运行条件下的故障发生率及油脂保持能力。运用考核里程及检修情况

新结构轴承考核车组运用里程2012年根据铁道部文件要求，在CRH3078C列5-8号车上安装32套新结构轴承，截止2013年7月19日，该新结构轴承运用考核车组已累计运用553814公里。

新结构轴承检修次数在553814公里的运用过程中，新结构轴承经历了6个M1修的检修，期间未发生因轴承自身问题导致的重大故障或更换需求。

原结构与新结构轴承漏脂对比通过对CRH3078C车组1-4号车原结构轴承与5-8号车新结构轴承的运用漏脂记录对比，原结构轴承油脂泄露量明显高于新结构轴承，新结构轴承锁定油脂能力显著增强。

新结构轴承运行状态监控结果根据西门子软件逻辑判断，在考核期间监控新结构轴承运用状态温度情况，未发生轴温升高、轴温预警、轴承异响等故障，表明新结构轴承运行效果明显强于原结构轴承。油脂泄漏量对比分析原结构轴承油脂泄漏情况CRH3009列总运行里程99万公里，M1修后运行6万公里，抽检7个轴端开盖检查发现，每个轴端外侧的润滑脂泄漏量在2克至12克之间，泄漏情况普遍且明显。新结构轴承油脂泄漏改善效果新结构轴承通过改进密封防尘罩结构（增加迷宫结构）、使用L055油脂等措施，显著增强了锁定油脂能力，其油脂泄漏量明显低于原结构轴承。不同密封结构及油脂对泄漏量的影响不同的密封结构及油脂类型导致溢出油脂量不同，新结构轴承结合改进的密封设计与L055油脂，有效避免了油脂的大量流失，这在后续的运用分析中得到了证明。轴温及故障情况监控结果

轴温状态监控根据西门子软件逻辑判断，新结构轴承在运用考核期间，未发生轴温升高、轴温预警等异常温度情况。

故障情况监控新结构轴承在553814公里运用里程及6个M1修周期内，未出现轴承异响等故障。

与原结构轴承对比优势原结构轴承存在油脂泄漏量明显高于新结构轴承的情况，新结构轴承通过改进密封和油脂有效避免了因润滑不良导致的轴箱轴承失效问题。实验结论总结

新结构轴承漏脂量显著降低CRH3078C车组安装的32套新结构轴承（F-807811.09）与原结构轴承对比，在553814公里运用考核及6次M1修中，新结构轴承油脂泄露量明显低于原结构轴承，验证了改进密封结构及L055油脂对锁定油脂能力的增强效果。

轴承运行状态稳定无故障根据西门子软件逻辑判断，新结构轴承在考核期间未发生轴温升高、轴温预警、轴承异响等故障，表明其通过改进设计有效解决了原结构轴承因润滑不良导致的剥离失效问题。

新型结构设计提升轴承可靠性迷宫式防尘罩、中间注油孔、L055油脂（-30~150℃温度范围，40℃粘度40mm²/s）及氩气保护电渣重熔轴承钢等改进措施，显著提升了轴承的密封性能、润滑效果和结构强度，为动车组安全运行提供保障。06结论与建议研究主要结论

轴承失效根本原因原结构轴承密封结构存在设计缺陷，密封不良导致油脂锁定能力较差，造成油脂大量流失，进而引发润滑不良，在高速运转