北京地铁8号线车辆轴箱轴承国产化研制和试验

北京地铁8号线车辆轴箱轴承国产化研制和试验

王红艳;李熙;宗立明

【摘要】为降低轴箱轴承维修成本及缩短产品采购周期，对北京地铁8号线车辆轴箱轴承进行国产化研制。介绍了国产化轴箱轴承研制中的主要设计技术要求、制造工艺、寿命试验、跑合试验及装车考核试验。通过一系列试验表明，国产轴箱轴承已完全满足北京地铁8号线列车的产品技术条件和运用要求。%In order to reduce the maintenance cost of axle box bearing and shorten the axle box bearing purchase period, the localized preparatory manufacture of vehicle axle box bearing for Beijing Metro Line 8 was taken. The main design technical requirements, manufacturing process, life test, performance test and the operation trial of the manufactured axle box bearing were induced. Results of all the tests showed that the vehicle axle box bearing could meet the needs of the running requirements of Beijing Metro Line 8.

【期刊名称】《铁路计算机应用》

【年(卷),期】2015(000)009

【总页数】4页(P54-57)

【关键词】地铁;车辆;轴箱轴承;国产化研制;试验

【作者】王红艳;李熙;宗立明

【作者单位】北京市地铁运营有限公司技术研发中心，北京 102208;北京市地铁运营有限公司技术研发中心，北京 102208;北京市地铁运营有限公司技术研发中心，北京 102208

【正文语种】中文

【中图分类】U266.2;TP39

轴箱轴承是地铁车辆连接轮对与构架的活动关节，并传递牵引力、横向力和垂向力的关键部件，其运转状态直接关系到车辆的乘坐舒适度与运行安全。目前，北京地铁8号线所有车辆轴箱轴承的备件供应均采用国外技术国内组装或原装进口产品，因此，轴承采购及维修周期时间较长，成本也较高。为有效降低轴箱轴承维修成本，缩短采购周期，北京地铁联合西北轴承股份有限公司对北京地铁8号线列车进口

轴箱轴承进行国产化开发和研制。

北京地铁8号线于2008年7月19日开通，其轴承采用120JRF11S8CG125型

轴承，其原产品技术条件如下：

（1）结构型式为有轴箱结构，轴承为自密封整体结构，轴承安装时需采用专用工具进行压装。

（2）外形尺寸：内径×外径×外圈宽度/内圈组装宽度）。

（3）径向间隙：0.100 mm～0.150 mm；轴向间隙：0.55 mm～1.1 mm。（4）额定负荷：额定动负荷：Cr≥830 kN；额定静负荷：C0r≥1 350 kN。（5）在北京地铁8号线电动客车的使用环境和正常的使用条件下，轴承的正常质量保证期为100万km，轴承的正常使用寿命大于250万km，80万km免维护。

2.1 主要设计技术要求

国产轴箱轴承的内、外圈和滚子材料均采用GCr15优质电渣重熔钢，其设计及安

装尺寸依据原产品技术要求设计[1,6～7]。轴承结构采用双列圆柱滚子轴承，其中外圈为三挡边，内圈为单挡边设计。套圈挡边选择了倾斜角为20′的斜挡边设计[2～3]，这种结构能有效改善滚动体与挡边的接触状态，有利于润滑油膜的形成，并减少挡边磨损。保持架为实体结构，采用斜兜孔带锁量设计[4]。

轨道车辆轴承运行环境的特殊性，要求轴承必须具有非常高的可靠性和稳定的寿命，因此设计轻轨轴承时按轴承设计中最高可靠性系数99%[5]进行计算，理论设计寿命达到了200万km以上，轴承寿命计算过程如下：

轴承额定动载荷：Cr=843 kN；车轮直径：D=840 mm；最大速度：vmax=80 km/h；当量动载荷：P=7t = 7×9.8=68.6kN，则

当可靠性系数Re=0.21，即可靠度为99%时，Lna

=ReL10k=0.21×11295023=2363554 km即按最高可靠度计算轴承的理论计算

寿命可以达到236万km。

2.2 国产轴箱轴承的试制

滚动轴承的主要生产工序为下料、锻造、车加工、热处理、磨加工、装配等，国产轴箱轴承的主要加工工艺流程如图1所示。

2.2.1 套圈试制

轴承套圈的加热、锻造、退火、淬火等过程需要经过非常复杂的工艺过程。例如，套圈锻造的终锻温度通常在850℃～900℃，需快速降低到700℃，防制碳化物的析出。通常锻件采用自然冷却，为保证产品质量，自制喷雾冷却装置，确保锻造组织合格。为使轴承套圈获得合格的金相组织和硬度，需要对轴承套圈进行下贝氏体盐浴等温淬火。把轴承零件加热使其奥氏体化并均匀化后，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260℃～400℃），放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，等温保

持一定时间（一般在浴槽中保温时间为30 min～60 min），使奥氏体转变为贝氏体，然后取出置于空气中冷却。

2.2.2 保持架试制

保持架采用高强度铝青铜离心铸造毛坯，外形车制，兜孔在数控立式加工中心加工，插床清根，最后去毛刺、喷砂处理的工艺流程，保证了保持架的外形尺寸和兜孔的几何精度。

2.2.3 滚动体试制

对滚动体按如下工艺进行加工：车外径—切断—软磨外径—软磨端面—车倒角—

热处理—喷砂—粗磨外径—粗磨端面—细磨外径—细磨端面—精磨外径—磨弧坡—超精外径—探伤—终磨外径—清洗—总检分组—涂油包装。

2.2.4 轴承装配

经过磁粉探伤、尺寸检验、几何精度检验的零件进入装配进行组装。为了保证装配质量，设计制作了压装设备装入滚子，避免敲击生成对滚子表面损伤。密封罩的压装采用油压机平稳压入。组装完成后对尺寸、游隙、注脂量进行100%检验。

2.2.5 润滑和密封系统

考虑到北京地铁8号线轴箱轴承的使用及维护要求，填装的轴承润滑采用运用于

高铁车辆轴箱轴承的Ⅳ型铁道专用润滑脂。另外，轴承密封罩与密封槽为过盈配合，密封槽设计为带20°引导坡，采用油压机进行压装，压入平稳，易调控，其合格率达到100%。

国产化轴箱轴承样品研制后，为验证其性能是否满足北京地铁8号线地铁列车的

使用要求，而进行了轴箱轴承寿命试验、跑合试验和装车考核试验。

3.1 寿命试验和跑合试验

为验证生产的国产化NNJP 5224X2-2Z Q/ P69YA轴箱轴承的实际使用寿命与可靠性，西北轴承参考城市轨道车辆的实际工况，对两套新制样品在西北轴承试验站进行了2年（120万 km）的寿命试验。同时，委托国家轴承质量监督检验中心洛阳轴承研究所检验实验室进行120万km寿命试验，整个试验过程中未更换或添

加过润滑脂。试验后的轴承外形尺寸基本保持了原始状态，硬度未发生变化，仅外观出现正常运行痕迹。图2是经120万km寿命试验完成后的国产轴箱轴承。

轴承寿命试验完成后即进行进口和国产轴箱轴承的换装，并进行轴箱跑合试验。所有轴箱经跑合试验后的温升不超过温度报警标准参照GB/T7928-2003中的9.6给