广州地铁集团有限公司 广州广东 510380
摘要：广州地铁十四号线邓村车辆段配置的VEIC-GZ14/21型列车自动清洗机，用于清洗列车外表面在运营过程中产生的灰尘、油污及其他污渍。在投入使用2年左右，出现了多起刷组上端SKF1213轴承异响、润滑脂乳化严重的故障，本文从轴承的外部运用环境、受力情况及设备使用频率等方面对故障产生原因进行分析总结，并提出改进措施。
关键词：列车自动清洗机；轴承；故障；总结分析
Brief analysis on the SKF1213 bearing failure and improvement measures
Abstract：The VEIC-GZ14/21 automatic train cleaning machine installed in the Dengcun Depot of Guangzhou Metro Line 14 is used to clean the dust, oil and other stains on the outer surface of the train during operation. After being put into use for about 2 years, there have been many abnormal noises of the SKF1213 bearing at the upper end of the brush set and serious grease emulsification. This article analyzes and summarizes the causes of the failure from the bearing’s external operating environment, stress conditions and equipment use frequency, and proposes improvement measures.
Key Words：automatic train cleaning machine；bearing；failure；summarize and analyze
1 故障概况
邓村车辆段洗车机在检修作业时发现BS1L\BS2R\BS3R\BS4L\BS4R立刷上部轴箱外有黄油乳化流出、且刷组运转有异常摩擦响声，现场初步观测判断现象原因是转轴与轴箱之间密封不佳造成内部进水、致使黄油乳化稀释引发轴承生锈。
对5个立刷轴箱进行拆检后，更换轴承新件，密封件未见磨损、老化断裂等现象，重新对轴箱注入3#锂基脂润滑，多次试机刷组运转异响未再出现，但维修后的刷组使用一段时间（一周左右）后立刷上部轴箱仍陆续有乳化黄油滴落，可证轴箱密封已不可靠。
2 故障调查
（一）立刷整体结构说明
立刷整体结构由上至下由减速机+传动轴（轴上装有平键）+弹性联轴器+传动轴（轴箱内装有SKF1213调心球轴承）+法兰盘+铝合金方轴+法兰盘+传动轴（轴上装有SKF1211调心球轴承、SKF51309推力球轴承）+焊接的立刷钢结构底座构成。通过上部的电机及联轴器带动下部方轴的转动。
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图1：部件布置结构图
（二）轴承使用情况
立刷传动结构中采用了推力球轴承及调心球轴承两类轴承，轴承品牌为瑞典进口品牌SKF，目前广泛使用于各类设备中。内外环、滚珠材质为高碳铬轴承钢（GCr15），保持架材质为尼龙。
SKF51309推力球轴承：内径45mm、外径85mm、厚度28mm；承受轴向载荷
SKF1211调心球轴承：内径55mm、外径100mm、厚度21mm；承受径向载荷
SKF1213调心球轴承：内径65mm、外径120mm、厚度23mm；承受径向载荷
每个传动部位设置轴承主要目的在于提高刷组运转的定位、限位，稳定可靠的传递动力。
（三）故障轴承的轴箱结构
损坏的轴承型号为SKF1213，其轴箱结构为：上透盖1（法兰）+D120 O型圈+上下两个Z65油封（丁晴橡胶XAI7453）+下透盖1（法兰）+D120 O型圈，通过油封和O型圈使轴承处于密封状态。
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图2：轴箱实物图
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图3：轴箱结构图
（四）轴承选型的分析
立刷减速机为SEW KF57DRE100LC4，采用星三角降压启动，功率3KW，转速222rpm，根据功率(w)=2π×扭矩(N.m)×转速(rpm)/60公式，计算刷组转动扭矩为T=129N.m。
受损SKF1213轴承的工况分析：低速（222rpm）、轻载（129N.m），所处位置为弹性联轴器下方，工作时主要承受径向载荷、承受较少的轴向载荷，转轴在运转过程存在轻微挠曲变形，需要补偿少量的同轴度误差，故选用调心球轴承利用其对中误差、调心补偿在选型上是合理的。
（五）立刷使用工况
邓村洗车机清洗区有上盖混泥土顶棚，两侧无挡墙，可飘雨，BS1L\BS2L\BS3L\BS4L立刷可被雨淋，BS1R\BS3R\BS4R立刷可被雨淋、BS2R有墙体可遮挡部分雨水。
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图4：邓村洗车机立刷结构布置示意图
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图5：立刷布置实物图
广州夏季最高温度空气接近40℃、刷组运转十分钟左右使用测温枪测量轴箱外壳温度基本在33±2℃范围，未出现过热高温现象。
（六）立刷轴承的维护方式
根据厂家提供的保养手册及设备维修经验，刷组轴承每3个月加注一次3#锂基脂。
3#锂基脂的使用温度范围从-20℃（滴点：能流动的最低温度）至+120℃（闪点：运输、存储、使用的最高温度），查阅产品指标且对照国标要求，对比得出以下数据情况。
表1 3#锂基脂技术指标对比
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通过上表参数对比，可知现用的3#锂基脂产品性能指标是适用于现场洗车机刷组工况的。
（七）立刷锂基脂的变质情况
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图6：新旧锂基脂对比图（左新、右旧）
从图片来看，润滑脂变质有两种主要表现：①轴承运转密封性能不完全可靠产生间隙，润滑脂被挤出；②润滑脂进水乳化，进水的过程中带入杂质、铁屑等造成流出的润滑脂发红带锈迹。
（八）立刷轴箱密封的检查情况
1、故障轴承所在轴箱的密封检查情况
拆检轴箱时观测，①轴上D65 Z型密封圈及D120 O型圈未出现磨损、老化破裂等现象，故轴承更新时未更新密封件；②轴箱开盖后存在轴承滚珠已经从保持架掉落的现象。
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图7：上透盖下O型圈
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图8：轴上Z型圈（油封）
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图9：从保持架脱落的滚珠
如上文所述，新换的轴承在使用一周后，又会出现黄油乳化的现象，故对新维修的轴箱进行了拆检。观测的现象为：①锂基脂变稀，明显带水；②密封圈未断裂、未老化变形；③轴承滚珠未见从保持架脱落；④人工用少量水分从转轴处模拟入水工况，可见水分能从轴箱下方流出；⑤立刷的运转暂未出现异响。
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图10：二次拆检轴箱密封件未损伤、轴承无损坏
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图11：人工模拟入水/飘雨轴箱下方可见水分流出
2、未出现异响、黄油乳化现象所在轴箱的密封检查情况
表2：同型号洗车机轴箱普查情况对比
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3、不同段场同型号洗车机立刷布置情况
表3：同型号洗车机线路布置对比
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从普查结果看，镇龙洗车机14和镇龙洗车机21在运转过程中无明显异响及乳化，但实际拆开检查后有个别轴箱也存在问题，而石湖洗车机和象岭洗车机普查情况良好。半年周期内洗车次数最多的为邓村洗车机，其次为镇龙洗车机14及镇龙洗车机21，石湖洗车机和象岭洗车机相对较少，说明轴承乳化严重情况与洗车次数存在关联。判断为洗车时相邻刷组毛刷产生的水雾可直接飘散到轴箱上部，随着进水量的增加，轴承乳化愈加明显。
从场地布置上看，石湖、镇龙14、镇龙21、象岭洗车机为完全室内全封闭布置，邓村和象岭洗车机大部分非封闭。非封闭布置存在外部飘雨的环境因素，因此也导致邓村洗车机轴承乳化更为严重，肉眼可见外部有乳化润滑脂流出。
综上所述判断，轴箱密封方式无法完全防水是轴承失效的根本原因，而雨水漂淋多、洗车多，是造成轴箱不断进水引起轴承失效的主要原因。
（九）故障轴承的具体表现
刷组运行过程中，人员可耳听轴箱内存在嘎达嘎达声异响，拆解下的5个轴承具体损伤情况见图12-17。
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图12：尼龙保持架断裂+内外环侧面划伤+表面锈蚀
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图13：外环内圈疲劳剥落
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图14：外环内圈点蚀（手触摸有坑洼感）
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图15：外环外圈有擦伤
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图16：滚珠生锈、表面磨损（碎片压痕）
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图17：滚道表面擦伤、磨损
3 故障结论
1、根据润滑脂的产品性能及洗车机现场使用工况，排除环境温度及油品质量对轴承造成伤害的影响，应是洗车喷淋水分及雨水不断浇淋，在原本Z型密封圈运转过程中产生的缝隙流入，油脂在很快时间内被水浸泡产生乳化现象，致使轴承滚道、钢珠等表面失去润滑，水分侵入有可能将轴箱外部杂质引入，轴承运转过程产生颗粒物摩擦，是轴承异响的重要原因；
2、SKF1213属于非免维护型轴承，不适合抵抗轴箱密封失效后油脂乳化带来的伤害，备件选配不当，是异响发生的原因之一；
3、SKF1213属于非免维护型轴承，保持架为尼龙材质，在立刷运转过程中可能会产生热胀冷缩等现象，是滚珠从保持架内掉落的原因。
4 改进措施
针对邓村洗车机清洗区域各刷组布置距离近、喷水量密集、潮湿度大、易受雨水影响等因素，需要将SKF1213轴承换型为SKF6213免维护型轴承，并对轴箱加装防护罩/防护挡板等降低外界水分流入轴箱的风险。
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图18：轴箱防护罩效果图+实物图
5 结束语
通过对轴承的换型及轴箱加装防护罩两项措施解决刷组故障，在后续近一年的使用跟踪期间，均未再次出现过轴承异响及润滑脂乳化现象。
作者简介：范俊韬，男，1992年出生，广东兴宁人，大学本科，工程师。研究领域：城市轨道交通机车车辆。