快速列车轴承

柏林/施莱因福特，2010年9月23日几年来，舍弗勒工业事业部已成为高速列车滚动轴承研发领域的主要合作伙伴。

开发这类轴承时我们与车辆制造商和运营商紧密合作，优化产品以满足特定的运行工况。

舍弗勒工业事业部是俄罗斯高速列车Velaro-RUS和时速高达350公里/小时的中国CRH3高铁项目轴箱轴承的开发合作伙伴和独家供应商。

在根据EN12082标准所做的试验中，舍弗勒集团证实了轴箱轴承可以在380公里/小时下适用。

此外，舍弗勒集团还开发并生产了轴箱以及应用于电机与齿轮箱的轴承。

双列圆锥滚子轴承设计是轴箱轴承具有高承载能力的关键。

由于采用了高速动车概念，轴承单元专门针对17.7至19吨轴重进行设计。

动车组的驱动部件和技术模块布置在整个列车的地板下方，而不局限于推挽式列车的前后两个机车中。

动车与拖车依次间隔布置，整个动车组的质量分布得到了改善，从而使作用在单个轮对上的载荷相对适中。

由于时速较高，轴承的设计转速达到2400转/分。

易于安装的TAROL单元
由于可能出现特殊载荷，高速应用领域中主要采用圆锥滚子轴承单元。

舍弗勒工业事业部提供的FAG TAROL单元极易安装。

TAROL单元出厂时已调整好游隙，加注油脂并安装了密封,可提供英制、公制系列以及必要的锁紧零件、配合件，安装快速、可靠。

另外，可根据客户需要提供定制零部件、备件和承载鞍。

舍弗勒的工程师还可为客户的操作人员提供专业培训，确保客户能正确安装轴箱轴承。

这样，客户便获得安装轴箱轴承的认证和授权。

高载荷与超高速情况下须特别注意材料的质量，确保轴承正确润滑。

为此，舍弗勒集团已经与钢材制造商携手合作制定了特殊标准，以改善所用钢材的纯度。

此外，舍弗勒集团还采用了自有的特殊淬火工艺、涂层工艺和涂层类型。

选择合适的润滑剂时，添加剂和粘度是决定性因素。

舍弗勒集团在该方面与润滑剂制造商进行了密切合作。

同时，润滑脂的用量也非常重要，尤其是在高速应用中润滑脂过多会导致轴承温升过高、过快。

轴箱形状优化减小了载荷
除轴承单元外，舍弗勒工业事业部还开发、制造了轴箱。

作为转向架构架和轮对间的连接件，轴箱必须能够安全地传递载荷。

轴箱设计取决于所受力的传递方式。

经过优化的轴箱形状可以改善滚动轴承的压力分布，从而减小特殊负荷，避免受载轴承接触面的应力集中。

通过FEM计算的支持，采用综合的试验确保轴箱的优化设计。

有限元方法不仅描述了轴箱复杂的几何形状，而且尽可能真实地反映出轴箱复杂的应力梯度分布。

轴箱的制造材料为球墨铸铁。

滚动轴承通过一系列基于DIN EN 12080标准的检测，包括内、外圈的超声波检测，达到了最高质量级别“class 1”。

轴箱轴承需要在专用的试验台架上按照EN 12080标准进行验证。

Velaro RUS轴箱按照特殊温度要求设计，即使在-50℃下也能达到12焦耳的最低冲击强度。

而根据标准，只需在-20℃时达到这一数值即可。

用于电机和齿轮箱的轴承
大部分高速列车都属于全电气化驱动的动车组。

它们通常采用变频器控制的三相异步电机，这种电机的使用会增加滚动轴承中电流通过并严重损坏滚道的风险。

舍弗勒工业事业部采用的Insutect绝缘涂层可有效防止此类轴承损坏的发生。

通常采用球轴承与圆柱滚子轴承作为支撑电机转子的定位轴承和非定位轴承，因此可以在它们的外圈涂上合适的绝缘涂层。

齿轮箱的输入轴转速很高，可达6000转/分，输入轴轴承设计必须适用这种高速。

为此，此处主要使用球轴承和圆柱滚子轴承。

齿轮箱输出轴受到高冲击载荷，舍弗勒集团采用加强型保持架，以防止轴承损坏。

* * *
舍弗勒工业事业部旗下有INA和FAG品牌，通过接近全球市场并提供应用支持服务，向约60个不同行业提供滚动轴承、滑动轴承和直线、直驱产品。

产品范围包括225，000个产品，从小到几毫米的微型轴承-如用于牙钻的轴承，到外径达几米的大型轴承-如用于风力涡轮机的轴承。

舍弗勒集团在全球大约有65,000名员工，分支机构超过180个，2009年销售额约为73亿欧元。

舍弗勒集团是全球知名的滚动轴承生产商和汽车零部件供应商。

圆锥滚子轴承单元TAROL：可即时装配，极易安装\
轴箱和轴箱轴承：经过优化的轴箱形状改善了滚动轴承的压力分布，从而减小特殊负荷，避免受载轴承接触面的应力集中。

中国高铁项目（CRH3）：时速高达350km/h，采用舍弗勒轴箱轴承设计(图片来源：西门子)
用于牵引电机的绝缘滚动轴承：有效防止因通电而损坏轴承
牵引电机和齿轮箱轴承：适于高载荷和高转速
高速列车轴承
高速纯滚动轴承在高速列车上应用的性能和特点
一、高速纯滚动轴承在高速列车上应用的性能和特点
高速纯滚动轴承在在高速列车上的应用可使其安全可靠性能更好、原有的速度更快、负载容量增大、行车噪音低、列车的抗震动性能好、能耗低、使用寿命长，维修少，特别是在高速列车上如在500公里/小时的时侯，新高速轴承的应用大大地提高了机车的行车速度。

不仅如此，由于高速新轴承没有了原轴承保持架的危险破坏因素和不安全因素，从而由高速纯滚动轴承原理生产的高速列车轴承可以使得高速列车、普通列车在行车时的安全性能、可靠性和机动性能大大地提高。

同时将使高速列车安全、高速、重载行驶成为可能。

现在我国使用的列车轴承通常为进口的SKF公司的列车轴承和部分国内轴承生产厂家生产的列车轴承，可是这种带有保持架结构的轴承则由于保持架先天的危险因素和固有破坏因素则使列车轴承始终在不安全和危险状态下工作。

通常使用的列车轴承是用减少轴承设计使用时间的方法来保证列车的安全、可靠运行。

轴承设计使作4000小时在用到2000小时就换下来维修、检修，人们以此来保证列车的安全运行。

而这种带有保持架结构的现代轴承所生产的滑动摩擦力由于无法消除，所以由这种结构设计的现代列车轴承使得轴承始终在不安全产状态下工作运行，所以其出事则是必然的结果，不出事则是偶然的了。

我们设计、生产的这种新型结构的高速纯滚动轴承由于没有保持架，所以从轴承的原始结构设计、生产上根本就不存在破坏因素，所以由其基本原理设计、生产的高速列车轴承在高速列车的应用上则是安全的、可靠的。

它出事是偶然的，不出事则是必然的了。

所以此新型高速列车轴承不仅速度快，负载容量大，安全可靠性好、噪音低、抗震动性能好、能耗低、维修少、使用寿命长、通用性能好，所以高速纯滚动轴承在高速列车轴承的的生产上和应用上将会替代进口轴承，使得我国的高速列车更好地运行则成为必然的结果。

这种新型的高速列车轴承以其全新的理论、设计、工艺、生产、检测和在恶劣的环境下实际使用的结果良好，经过我们十多年的不懈努力，高速纯滚动轴承一次次地在多个行业的实际应用中表明出其优良的品质和性能。

其产品已经进入批量化生产阶段，这种新型的轴承随着时间的推移将会被愈来愈多的人们所了解和认识。

经过严格生产、测试和实际考验的新轴承装备用、应用在我们国产高速列车上的时间已经是为期不远了。

二、在高速列车方上的应用
1、高速列车：充分发挥机车的动力性能，使得列车的速度更快
2、动车组列车：安全性能、可靠性、机动性能大大地提高
3、磁悬浮列车：振动性明显减少、行车时更为平稳、噪音大为降低
4、快速列车：负荷容量增大、行车噪音低、使用寿命长，维修少
5、地铁列车：安全、平稳、可靠、舒适，能耗低
三、在高速列车动力机构和其它设备上的应用
1、在机车动力机组上的应用
2、在机车变速机构上的应用
3、在机车传动机构上的应用
4、在机车其它传动、传输、转动机构上的应用
我们可以科学地作出如下结论：新的高速纯滚动轴承的高速列车轴承的生产和应用将为期不远了，它将使得我国的高速列车的安全行驶、高速、重载的运行作出应有的贡献。

高铁的命运谁主宰
随着社会的发展，人们出行的方便也是一项比较关心烦人话题。

随之而起的便捷工具也应运而生。

高速铁路是一个不错的选择。

高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。

高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。

广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。

然而经过深入调查发现，所谓的高铁概念股纯粹是炒概念，可能在未来几年都无法生产高铁零配件，反倒是那些铁路基建股会确定无疑受益于铁路大开发。

根据相关规划，“十二五”期间,高铁将迎来建设高峰，2011年全国铁路计划基建投资7000亿元人民币，为整个高铁设备制造企业提供了巨大的市场机遇。

根据《中长期铁路网规划（2008年调整）》，到2012年我国将建成42条高铁客运专线，总里程将超过1.3万公里，这对动车组将形成800列的新增需求，到2020年我国高速铁路里程将达1.8万公里，为我国高铁轴承提供了广阔的市场空间。

业内有关专家估算，未来三年我国高铁轴承市场将超过20亿元。

但理财一周报调查发现，作为高铁基础零配件的高速列车轴承领域，却是瑞典skf、德国fag、日本ntn等国际巨头在牢牢占据着中国的市场。

目前，机械基础零部件已经成为制约我国制造业向高端化发展的短板。

根据有关规划，“十二五”期间政府将继续加大对高端装备零部件的国产化力度，高铁相关配件计划达到80％的国产化率。

国内无一厂商有生产能力
受到高铁大跨越和国产化的刺激，“高铁概念”自去年7月份开始持续走强，在前期市场暴跌中，高铁概念股反倒逆势上涨，
但有研究人士对笔者透露，高端产品相配套的轴承研发能力却偏低。

虽然对国内主机的配套率达到80％，但高速铁路客车、中高档轿车、高水平轧机等重要主机的配套和维修轴承，目前基本上仍然得靠进口。

“轴承是国家重大技术装备的关键零部件，目前轿车、高铁、风电、精密机床主轴配套轴承等高端轴承一直是中国轴承行业的软肋，长期依靠进口。

由于我国轴承工业发展跟不上，强力拉动了轴承的进口。

如在高速铁路的大发展中，时速200公里以上的动车组用轴承全部为进口。

”宏源证券分析师荀剑透露。

“我国生产的轴承产品在性能与价格比、高精度、低噪音、长寿命与高可靠性等方面与国外知名企业存在着较大的差距。

”荀剑表示，“目前我国时速160公里以上客车用轴承全部靠进口，通过提升技术实现国产化争夺国内市场份额是我国铁路轴承行业发展面临的现实问题。

”
荀剑介绍，轴承的高速性能是决定其能否适应高速铁路的基本条件。

列车要求能在非常严格的工作条件下运行。

特别是在径向、轴向而且有时在旋转方向上也产生大的加速度的运转条件下，要求铁路轴承必须延长维修周期，且必须以最大限度的可靠性保持其功能。

“目前我国高铁轴承仍然全部依靠进口，未来五年实现高铁轴承的国产化目标可能需要延缓。

例如天马股份一直有传要进入高铁轴承市场，但是其实高铁轴承进入壁垒非常高，据我们调查国内目前没有厂商拥有生产高铁轴承产品的能力。

”研究人士表示。

——铁路轴承纳米应用建议
随着我国铁路运输行业的高速化、现代化发展的需要，高速铁路客车轴承的性能要求越来越高，如要求时速超过320km、寿命350～500万公里。

目前，我国铁路运行速度平均在100～120km/h，部分线路（广琛、京沪、宁沪线——准高速铁路）达到160～240km/h。

引进的高速列车样机在试运行之中。

常规火车轴承的保养周期为80万公里，引进的高速列车的轴承保养周期为20万公里。

与我们未来京沪高速铁路达300～
350km/h高速火车要求的差距很大。

2000年9月，我国首台时速305km的高速电力机车问世（和谐号动车组）。

“十五”期间，已在京沪线、京沈线、京广线等部分路段逐步实行高速化，与之配套的国产高速铁路客车轴承的研制也正积极展开。

在铁路电气化改造后（在原铁路基础上的改造），时速超过200公里的高速铁路已连网成片。

火车的牵引机头也由原来的内燃机变为高速牵
引电机，而与内燃机机油润滑不同的是高速牵引电机使用的是润滑脂润滑。

从2002年开始，铁道系统开展了国产高速牵引电机的研究工作，要求研制机车的行驶速度超过300km/h。

但在实际的行驶中，当机车的行驶速度超过160km/h时，电机轴承就会出现超温，甚至导致烧瓦。

这个超温形成的原因是电机在高速运转的状况下，线圈会产生大量的热量，而轴承润滑脂的散热功能远不如润滑油，所以热量积聚到到一定程度时会导致润滑脂粘度大幅降低，加上高速旋转会把润滑脂甩掉，进而导致轴承润滑部位“无油运行”，轴承的摩擦温度急速上升导致烧轴。

为攻克这个难题，研究人员先改进设计和更换零件，后又在电机设计、制造材料、绝缘性能等方面精益求精，但没有取得预期的效果。

在株洲车辆厂刘有梅院士的领导下，研究的重点转移到了轴承的润滑环节。

在与日本NSK公司推荐的新干线专用脂对比后，铁道部最终选用了美国紫皇冠2＃复合铝基脂，在“中华第一速工程”——“中华之星”的牵引电机（功率1225kw）上运用。

该列机车成为国内第一台行驶速度达到321.5km的国产自主知识产权机车，同时该台电机创下了安全行驶120万公里无需换脂和加脂的记录。

另为了验证该润滑脂的微抛光和自修复功能，日本NTN轴承厂以300km/h的速度进行了100万公里的测试，后又将试验台移至北京交通大学，又顺利通过了300km/h速度的第二个100万公里的测试后，轴承与油脂状况良好仍可以进入第300万公里的测试。

从我的《国内轴承的纳米润滑》一文中已经提出：材料基态纳米润滑脂润滑中含有与润滑件同质或近质的纳米润滑材料，这些纳米润滑材料结合其他伴随技术后，能根据润滑工况的实际需要形成一种动态修复膜或称实际运行膜，只要使这层动态修复膜的形成环境一直保持，设备将能在实际运行中不断地自我养护，永远都不会毁坏。

经过四球机检测这种材料基态的纳米润滑脂的磨痕直径是0.51mm（美国紫皇冠UPG2为小于0.7mm），烧结负荷800公斤（美国紫皇冠UPG2为400公斤）。

从设备长期的运行数据看，该国产材料基态纳米润滑脂可完全替代进口产品，成为我国自产高速牵引机车的配套用脂。

除了上述高速牵引电机的润滑问题，还有就是高速火车的车轮和车轴润滑问题。

我们就拿胶济铁路4·28事故来分析，火车出轨的真正原因是什么？据专家分析：列车脱线要么是轨道问题要么是列车问题。

具体有三个原因，一是铁路线路的质量不好可致脱轨；二是铁路线路上有障碍物也会迫使列车骤然偏离轨道；三是列车本身的问题，诸如车轮或者车轴出现故障等，也会导致此类事故。

由于该便线从3月12日开始已经受了25→45→80公里/小时限速的考验，因铁路线路的质量问题出轨的可能性较小；又因为是火车后半部出轨，因铁路线路上有障碍物出轨的可能可以排除；剩下的就是列车车轮或车轴故障引发的出轨。

我们可以这样分析：火车在“S”形轨道上高速行驶，车轮于轨道之间除了正摩擦之外还有高强度的侧摩擦（由高强度的离心力引发），而侧摩擦表面的光洁度和润滑度远不如正摩擦表面，所以在高速的超级载荷和冲击载荷下，该部位会瞬间产生高温，烧结抱死车轮和车轴，进而导致火车出轨。

在中国铁路既有线时速超过200公里和即将运行时速高于300公里的高速铁路，其车轮与车轴的润滑保养技术有待于革命性地提高，因为火车时
速在超过200公里和300公里后，车轮和车轴所承受的超级载荷和冲击载荷，与我们现在在“弯道”上赌时速131公里一样危险！上段已提到材料基态的纳米润滑脂的烧结负荷是800公斤，这个数字需要这样理解：一是常规高档润滑脂的烧结负荷为250～300公斤；二是进口纳米润滑脂的烧结负荷为400～600公斤；三是800公斤为四球机的顶端值，而在此压力下四个钢球并没有烧结，实际的烧结负荷已无法从该设备上检测。

需注明的是烧结负荷是指检测润滑产品在多少公斤压力下，四钢球在十秒钟内烧结。

每通过一次再往上加砝码直到烧结，烧结前一次没烧结时的负荷就是该润滑产品的烧结负荷。

所以利用这“不会烧结”的材料基态纳米润滑脂，我们就能很好地满足高速火车车轮与车轴的实际润滑需要。

中国铁路的高速化发展方向已经确定，而对高速火车的“心脏”和承载部位的有效润滑，科学采用纳米润滑技术将会产生事半功倍的效果。

愿中国的高速铁路能“安全、舒适、高效”地把大家联系在一起。