汪金余
中车唐山机车车辆有限公司，河北省唐山市，064000
摘要:随着经济的飞速发展，人们对交通工具的需求量越来越大，更加追求方便快捷的出行方式。我国交通研发部门不负众望，研制出了属于我国自主知识产权的复兴号，以及其他国产化的动车组，标志这我国在高速动车领悟前进一大步。而作为动车组重要组成的转向架，以及负责承担负荷传递，将动车组车轮滚动转换为动车前进平动的轴承，都是列车正常运行不可或缺的零件。本文主要分析动车组转向架轴承的常见故障，及轴承的选型和设计，切实保证动车组正常运行。
关键词:高速动车组、转向架、轴承、故障、选型
一、引言
迄今为止，我国高速动车组技术的发展已经日渐成熟，基本上已经形成“四纵四横”的高速铁路框架布局。根据我国的地理环境、车轮与轨道之间的关系，我国已有的动车组大多数属于分散型的高速动车。除了CRH1型高速动车组的车体是由不锈钢制成，其余的大部分都由铝合金材料制成，这样的材料改变，能够让动车组的速度大大提高。现今，高速动车的时速大部分达到每小时三百千米以上。高速动车组速度能否得到提高，很大程度上取决于转向架的质量与设计。轴承作为转向架的重要组成零件，当高速动车的速度提升，对轴承将形成巨大的挑战。因为，随着速度的提高，轴承的转速也随之增快，此时轴承的质量如若不佳，将会导致转向架发生热轴、燃轴等故障的发生，进而导致动车安全运行受到威胁。此外，由于高速动车行驶的速度，大多处在两百千米至三百千米每小时速度区间内，动车正常运行时，动车的各部分零件的抖动加剧，对车轮和钢轨之间的要求特别高。在国动车上，最早使用的是滑动轴承，随着时间的推移，又选用滚动轴承。轴承处在动车车轮和构架图之间，主要的作用是承受各类径向力和垂向力，并将这些力量传递到车体。轴承是动车最“勤劳”的零部件，只要动车处于工作状态，轴承随之持续工作。为了保证轴承的密封性，免受它物的干扰，轴承部分加设有轴箱。动车运行中，还需实时监控轴承的温度变化，以及各零件是否异常，避免在动车运行过程中，发生切轴、燃轴等故障。如果轴承出现故障，将导致高速动车组不能安全地运行。因此，掌握高速动车组常见故障至关重要，及时发现转向架轴承的问题，能在很大程度上节约维修成本，提高动车组的稳定性，有力地保证乘客的人生安全。
二、高速动车组转向架轴承常见故障分析
转向架轴承作为高速动车组正常工作中不可或缺的部分，需高度重视其工作情况。由于轴承持续工作的特殊性，轴承所产生的故障非常之多，以下主要分析常见故障的产生原因。
2.1发出恒定频率的异常响动
发现该故障的条件比较苛刻，必须是建立在动车行驶至一定的速度时，加之随车检查人员的细心分辨，才能发现动车组发生异常响动。动车发生这类故障的原因如下：
（1）轴承润滑不充分。如果轴承的润滑程度不够，将加大轴承间的摩擦力，此种摩擦力将阻碍轴承的正常工作，加重轴承的负担。在高速动车组中多采用润滑脂作为润滑的材料，多涂抹在轴承的最外部，旨在减少轴承和滚道间的摩擦力，更有利于密封状态下的轴承实现运转。此外，还能降低轴承温度过高导致的消极影响。在轴承故障诊断分析中发现，如果轴承间润滑脂未能及时补充或是加注的量不够，很大机率上会导致轴承间润滑程度低，甚至直接没有润滑脂，随着动车组工作时间的增加，会造成轴承磨损，进而导致异常响动的产生。
（2）轴承的加工和组装不达标。通常情况下，高速动车组转向架轴承是有外圈、内圈、保持架、滑动体组成，此外，还在轴箱位置加上密封圈，确保轴承工作环境是密封状态，确保外部环境中的灰尘或异物不能进入，干扰其运转。加之，向轴承位置注入一定量的润滑脂，减少甚至避免摩擦力造成的损失。正因为轴承工作环境的密封性，外部环境很少对其正常工作产生影响。
其故障多发于轴箱内部，最常见的轴箱内故障就是轴承的加工和安装环节出现问题。加工的时候，加工设备与夹具的操作误差，选择或设计的轴承不符合现有情况，轴承安装的位置出现一定程度的偏差，进而导致内圈和外圈旋转的中心不统一，或是轴承的游离间隙太大、太小，这几种情况都会造成高速动车组转向架轴承出现故障。
（3）其他原因导致的轴承故障
由于轴承长期的处于工作状态、高负荷工作、维修不当、设备老化、未及时进行清洁处理等原因都会导致轴承受损。尤其是轴承表面附着污染物，或者轴承的悬挂装置的设计不合理时，都有可能将轨道带来的振动传递给轴承，导致轴承长时间处在超负荷的状态，造成轴承局部受损、电蚀、过载等，提高了轴承脱离的风险。
三、高速动车组转向架轴承的选型
轴承的使用寿命与工作环境密切相关。包括轨道的焊接方式，用于紧固件的混凝土材质，以及轨道床和体积范围内的混凝土状态，对轴承的工作都有影响，而不好的转向架对轴承的使用寿命影响更大。若弹簧受到破坏，就会导致滚子和另外一个轴承负荷增大，若转向架的金刚石发生形变，就导致横向力增大。因此，对于转向架的选择和维护至关重要。天气的变化，也会对轴承的使用寿命产生影响，为了避免这类情况，多选用质量、性能优的润滑剂和密封材料。高速动车组的轴承要具备抗振动、抗冲击的能力，这样才能更好地保证轴承的使用寿命。
选择高速动车组转向架轴承时，要尽量稳定轴承的工作温度，使轴承的使用寿命更长，要减轻轴承的重量和缩小轴承的体积。当动车的时速超过两百五十千米每小时，圆锥滚子轴承比圆柱滚子轴承更加适合。由于轴承工作的高负荷和高速，圆锥滚子轴承在工作的时候，尤其在动车转弯时，所受到的轴向力和径向力远远小于圆柱滚子轴承产生的，所以，在承受轴向负荷时，圆锥滚子轴承更加适合。
四、高速动车组转向架轴承的设计
动车组转向架轴承的接触应力分布情况和辊内环及接触面相似。当处在均匀负荷条件下，接触应力主要集中于惰轮的两端，此时的应力是均匀分布的，而末端周围的应力却有所增加，这种情况被称为边缘效应。而载重负荷只会对应力和位移变化产生影响。在高速动车组转向架轴承的设计中，要避免边缘效应。此外，由于滚动体两侧的应力和位移不相同，会导致偏心加载效应越来越严重。并且，处于滚动时的零件容易被电弧和对数影响，所以，为了完善轴承的性能，必须要保证载荷处在均匀分布下，以及总线要是对称状态。若载荷的分布不均匀，则将导致偏心载荷情况的产生，应力要是分布不均衡，载荷就会随着辊轴偏斜，两端的应力变化情况加剧。所以，在偏心载荷的校正过程中，不适合采用对称校正的方法。设计中，沿着转向架轴承均匀地分布应力，能够很好的避免边缘效应和偏心加载效应。设计时，要将原件进行规律性的分布，让线性滚动体下方的偏心载荷以不对称的形式进行滚动，这样才能有效地增加高速动车组转向架轴承的使用寿命。
五、总结
关于高速动车组转向架轴承的选材上，要保证材料能承受一定范围内的旋转和径向力的冲击，能够减少轴承间的摩擦力和自身重量。此外，所选的转向架轴承材料能经受高温，适应轴承间的运转温度。目前，在已有的材料中，聚合物材料比较适合，该材料耐腐蚀性强，质量相比之下较轻，对于动车提速有较大的帮助。更重要的是，聚合物材料拥有较好的抗老化性以及自带润滑的功效，用于高速动车组转向架轴承，不仅能较好地节约润滑脂等润滑材料，减少有害摩擦力的产生，更能提高轴承的使用寿命，为高速动车组能平稳运行提供强有力的保障。
六、参考文献
[1]顾贺.高速动车组转向架轴承故障分析及诊断处理[J].科技风,2019,No.394(26):183.
[2]曲福泉.高速动车组转向架轴承故障诊断分析[J].建筑工程技术与设计,2017(18).
[3]程瑶.高速动车组转向架轴承故障诊断分析[J].农家参谋,2019.