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摘要：高速动车组轮对轴承组成是直接影响车辆运行安全转向架系统的关键部件,是高速动车组制造工艺领域的核心技术之一。从技术僵化到消化再到创新过程中,我们在原有成熟制造工艺的基础上,总结出“6字轴承压装法”,改进压装设备并运用压力—位移曲线判定压装结果,已推广应用于我司各型高速动车组平台轮对轴承压装,下面介绍具体的分析过程及改进措施。
关键词：高速动车组；轮对轴承压装；工艺优化；应用
1高速动车组运用特点
(1)运行环境复杂。由于国内幅员辽阔,不同地区的地理及气候存在较大差异,这对动车组运行也会产生较大影响:(1)温度:夏季温度较高的区域气温达40℃,这对动车组空调部件散热性能具有较大考验;冬季一些地区气温达零下40℃,这对动车组卫生系统及给排水系统带来一定挑战;(2)雨雪雾天气影响:雨雪天气会对动车出现带来一定影响,例如,在大雪天气出行,可能会对动车组的车底设备造成一定损坏;为了避免污闪情况出现,大雾天气要每天擦拭车顶电器;(3)环境及线路气候影响:季节性风沙和柳絮会滤网及滤器产生一定影响,每当遇到这种天气都要对及时更换空调滤网;沿海地区受到盐雾及潮湿天气的影响,车体和构架常常会出现腐蚀。
(2)线路复杂。受到地质、地形条件的影响,一些高铁路段常常会出现弯道、坡道等情况,例如山地、桥梁等特殊路段,在这些路段行驶期间,不仅会使动车组产生较大的机械振动,还会增加车底及其他部分的破损程度,加速动车老化,最终对车辆的使用寿命产生影响。
(3)载客量大。随着当前国家经济的不断发展,区域间的人员流动更加频繁,动车组乘客数量不断增加,对于京沪、京哈、京广等高速干线,常常处于满员的状况。较大的载客量对于车上服务设施的安全可靠也提出了较高的要求。
2问题提出
2.1轴承冲压工艺
高速动车组轴承为整体式自密封结构。外圈承受车辆的重量载荷，内圈沿轮对的圆周方向旋转。具体冲压步骤如下：
2.1.1环境要求
轴承装配环境要求苛刻，防尘、温湿度变化有详细要求。
2.1.2清洁测试
使用清洁剂和工业清洁纸检查和清洁轴颈、轴承内环和其他零件。匹配表面应无损坏。所有轴承、轮对、测量工具和其他零件在相同温度下至少需要8小时。然后，可以在装配前测试每个匹配零件的尺寸。
2.1.3涂抹润滑
为了减少轴与轴承之间的摩擦，在轴颈和轴承内环表面均匀地涂上润滑介质，避免了压入时的粘拉现象。
2.1.4连接位置
导套与轴端连接，轴与连接导套通过对中环同心。压套作用于轴承内环的外端，通过液压缸的推力压入轴承。压入时应转动轴承，防止轴承卡死。
2.1.5间隙测量
轴承压装完毕后，拆下工装，装上轴端压板，检测轴承间隙必须符合要求。
2.2问题
（1）经常出现纸箱现象。轴承各部件匹配状态的不确定性给轴承的运行带来了隐患。（2）由于操作者的手工装配误差，装配后的同轴度误差较大，在压装过程中轴承容易跳动。（3）现有轴承压装设备无法记录匹配过程。只有操作者的视觉判断，产品质量才会受到人为因素的影响。
3问题分析
轮对轴承压装质量的核心要素是压装力和保持时间。围绕核心要素进行有针对性的研究、分析和理论计算，不断跟踪优化生产现场。
3.1压箱问题分析
轴承压装中的纸箱现象是确定轴与轴承配合件尺寸和形状公差合格的第一条件。尺寸问题导致纸箱不做分析。因此，本文从表面粗糙度和压力两个方面入手。
3.1.1表面粗糙度影响
根据车轴车轮压装经验,轴颈表面加工纹理真实存在的峰谷差小,涂抹的润滑介质在轴承压入过程中受挤压很难存留,配合表面挤压过程中缺少润滑介质。
3.1.2压装力影响
压装过程受力是复杂的,并且是动态变化过程,国内开展了许多对于轴承压装方面的研究,胡宏伟论证了压装力P压与位移X之间的关系。在轴承压装设备增加力学传感器采集设备输出压力,以压装力—位移曲线反映出轴承压装过程状态,可作为判断轴承压装合格等重要依据。
3.1.3设备输出压装力分析
卡顿现象需考虑既有轴承压装设备瞬时输出压装力是否满足阻力。既有轴承压装装置为恒定压装力压装,油缸截面积直接决定瞬时输出压装力。以CRH5A型动车组SKF8545AD型轴承压装为例进行分析,图纸要求轴承压装压力为274.4kN～313.6kN,贴合前最小压装力大于等于41.4kN。
根据中空油缸截面直径公式:
Fmin—最小压装力。
ηcm—机械效率,取0.95。
Pmin—液压缸工作压力9.5MPa。
P—系统背压,此处按0计算,则
由于采用中空油缸,则有效截面直径应大于50mm,实测现有轴承压装装置的有效截面直径为60mm,设备冗余不足,当压装力瞬时可能无法克服过盈量阻力,需要液压缸停顿蓄力过程,可能造成压装过程卡顿。
3.2设备工装问题分析
3.2.1设备影响分析
理想压装力状态是轴承内圈中心与油缸中心重合,轴承重力垂直作用于轴承移动方向。既有设备无定心顶尖结构,需靠操作者的目视观察水平找正,这要求操作者较高的技能水平,且效率低下。同时,仅通过底部走行车轮定位,相对于输出的压装力,设备刚性不足。
3.2.2工装影响分析
连接工装作用为导向及支撑,既有工装整体采用螺栓与车轴连接,导向连接套依靠定心环与车轴定位,为保证定心环与车轴之间的装配关系,则定心环与车轴直径间隙0.5mm。则导向连接套与轴颈之间同轴度最大误差为0.5mm,轴承压入过程中存在高度差,则轴承内圈与车轴过盈配合过程产生跳顿。
4改进措施
4.1轴承压装设备改进
采用专用卧式双头轴承压装机压装轴端轴承,带有压装力和位移传感器,实时采集监控轴承压装过程,轮对两端自动调节高度,通过车轴中心孔顶尖完成定位。
4.2组装操作优化
长时间的生产跟踪,我们总结出了高速动车组轮对轴承“6字轴承压装法”,即
“修”—压装前修磨车轴端部倒角,然后使用200目以上细砂纸,沿车轴表面成45°和135°方向交叉打磨车轴轴颈表面,并使用清洗剂和工业擦净纸清洁(上述工作需在轴承恒温间外完成);
“测”—同温下测量车轴、轴承配合尺寸及轴颈剩磁量;
“涂”—均匀涂抹润滑截至,并在规定时间内完成压装;
“正”—轴承与车轴找正后,利用顶尖定位夹紧;
“转”—轴承压装时,沿同一风向转动轴承外圈,避免轴承轴向压装时,轴承滚子圆周运动方向卡滞;
“检”—使用百分表和磁力表座,拉压检查轴承游隙。
结论
(1)专用双头轴承压装机的应用,实现了轴承压装自动化,提升生产效率的同时降低了操作者技能水平要求。压力—位移曲线验证轴承压装过程,避免人为因素对轴承压装的影响,可靠保证了轴承压装质量。(2)“6字轴承压装法”,是独有我司特色的工艺管控模式,是中国标准的高速动车组轮对轴承制造工艺技术的凝练,现推广应用于我司各型轨道车辆轮对轴承组装。
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论文作者:孙宇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/30
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