論我國重大技術裝備軸承的自主安全可控（2）——高速動車組軸箱軸承

2 高速動車組軸箱軸承

高速動車組軸承包括軸箱軸承、變速箱軸承和牽引電機軸承。本文討論其中價值最高、可靠性和安全性也要求最高的軸箱軸承。

2.1 軸箱軸承類型

我國高速動車組應用的軸箱軸承有2類：

1)SKF雙列圓柱滾子軸承(圖3)；

2)FAG，NSK，NTN的雙列圓錐滾子軸承(圖4)。

圖3 雙列圓柱滾子軸承的結構形式

Fig.3 Structure of double row cylindrical roller bearing

圖4 雙列圓錐滾子軸承的結構形式

Fig.4 Structure of double row tapered roller bearing

動車組技術來源和進口軸承的生產廠家見表3，各型動車組軸箱軸承基本信息見表3，至2020年，全國鐵路擁有動車組數量3918標準組，共31344輛。

表3 動車組技術來源和進口軸承的生產廠家

Tab.3 Technology sources of EMUs and manufacturers of imported bearings

2.2 技術指標和關鍵技術

高速動車組軸箱軸承的技術指標見表4，其關鍵技術如下。

2.2.1 軸承產品的仿真分析和數字化設計

采集并編制高速動車組軸承載荷譜，進行動力學仿真分析，產品數字化建模，產品整體結構優化設計和微觀結構優化設計(包括滾動體和滾道凸度修形，滾動體球基面與擋邊接觸狀態，各工作表面硬度和粗糙度匹配等)。

2.2.2 軸承鋼材的研發和制備

制訂高速動車組軸承鋼材標準并按標準研發、制備高速動車組軸承鋼材，提高對夾雜物和碳化物的含量、大小、形狀、分布狀況的控制水平。

2.2.3 軸承滾子的研發和制備

研發配套高精度圓錐滾子和圓柱滾子的先進制造工藝和數字化裝備并形成生產能力。滾子圓度誤差、基準端面圓跳動、基準端面圓R值散差、規值批直徑變動量、規值批圓錐角變動量(僅圓錐滾子)、滾動表面粗糙度、基準端面粗糙度達到設計要求且有較大的精度儲備。

2.2.4 軸承保持架的研發和制備

建立保持架穩態分析模型和動力學分析模型，建立保持架運動方程和碰撞、沖擊振動方程，研究保持架設計參數對其轉動慣量、運動軌跡、運動穩定性、碰撞和沖擊振動響應的影響規律。通過以上分析確定合理的設計參數，以保證保持架運動穩定性和抗沖擊能力。

從力學性能、抗沖擊強度、吸水性、熔點、尺寸穩定性等方面進行工程塑料保持架的材料應用技術研究；制訂指導工程塑料保持架生產、檢驗、驗收及使用的規范和標準，形成工程塑料保持架的生產能力。

2.2.5 軸承密封件的研發和制備

從拉伸強度、拉斷伸長率、熱空氣老化性能、硬度變化率、壓縮永久變形量、油脂相容性、尺寸穩定性等方面研究密封件原料橡膠的配方、膠料制造工藝。

研發設計低摩擦力矩、防水防塵防漏脂、低溫升、利于潤滑脂循環潤滑的密封結構；同時研究橡膠的硫化粘接技術與金屬表面處理技術，保證橡膠與金屬的粘接質量，提高密封件的使用壽命。

制訂指導密封件生產、檢驗、驗收及使用的規范和標準，形成密封件的生產能力。

2.2.6 軸承潤滑脂的研發和制備

在摩擦學研究的基礎上，研究軸承潤滑狀態、油膜厚度、接觸區域演化、摩擦磨損的動態發展行為規律，研發適用于高速動車組軸承的高效潤滑脂，保證軸承安全運行的潤滑條件。

形成高效潤滑脂生產、檢測和應用的技術規范。完成軸承潤滑狀態監測與故障診斷技術的研發。形成高效潤滑脂的生產能力。

2.2.7 組建示范生產線進行軸承樣品試制

組建示范生產線，生產足夠數量的用于檢驗、檢測、臺架試驗和裝車試驗的樣品。

2.2.8 軸承臺架試驗

制訂耐久性試驗、防水密封試驗、防塵密封試驗和綜合性能試驗規范并進行相應的性能試驗。

2.2.9 軸承產品標準制訂

大力推動和積極參與有關高速動車組軸承的鐵路行業標準的制訂。

2.2.10 軸承裝車試驗和應用

由國鐵集團按其制訂的試驗規范進行裝車試驗，并實現產業化應用。

2.3 市場分析

我國歷年高速動車組的生產數量見表4。預計今后若干年內，全國每年新造高速動車組300標準列左右，每標準列8輛，每輛裝用8套軸箱軸承，則需軸箱軸承8×8×300=19200(套)。每年需大修同樣數量的車輛，即需換裝新軸承19200套。則每年的軸箱軸承需求量為38400套，每套國產軸承按6000元計算，銷售額約23040萬元。

表4 我國高速動車組生產數量

Tab.4 Production number of high-speed EMUs in China