２２ 国外铁道车辆 第５３卷第６期２０１ ６年ｌ１月 文章编号：１００２ ７６１０（２０１ ６）０６—００２２ ０６ 铁道车辆车轴轴承的技术动向 同 奄太郎（日） 摘要：介绍ｒ铁道车辆用车轴轴承的结构、最新的技术动向．以及今后的开发课题。 关键词：铁道车辆；车轴轴承；日本 中图分类号：Ｕ２７０．３３１’．２ 文献标志码：Ｂ Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ａｘｌｅ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｔｏｃｋ 同ｓｕｂｊｅｃｔｓ ｔＯ ｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｔｏｃｋ；ａｘｌｅ ｈｅａｒｉｎｇ；Ｊａｐａｎ 奄太郎（Ｊａｐａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｒｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｘｌｅ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｆｏｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｌｏｃｋ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌ 概述 铁道车辆是环保性能优良、能量效率高的交通工 具，以中国为首的亚洲，正在将其作为城际间的基本运 输 具进行积极开发。另外，北美也在探讨引入高速 车辆。 铁道车辆用轴承（图１）是支承车辆动力源的牵引 电机、动力传递的驱动装置和车轴等的重要零件，直接 影响车辆行车的安全性，所以要求可靠性高。 本文以支承车辆质量、维持车辆安全行车的车轴 收稿日期：２０１ ５—１２—１ ５ 图１铁道车辆用轴承 一～～一轴承为中心，介绍铁道车辆用轴承的技术动向。 从图ｌ１可以看出，无论在低频还是高频时，可变 参考文献 节流孑Ｌ的功率谱密度（ＰＳＤ）都小于直径１４ ＩＴ１１２３．的同 定节流孔。结果表明，可变节流孔综合了同定节流孔 大直径和小直径时的最优特性。 一～一一刘万强 翻译 赵云生 校 胁＿蚕 ５结论 本文研究了考虑可变节流孔和轨道垂向不平顺的 整车模型数值仿真。仿真结果表明，设有可变节流孔 的模型同时具有低频时小直径固定节流孔和高频时大 直径固定节流孑Ｌ的特性，表明具有可变节流孔的空气 弹簧能有效降低轨道车辆运用中的振动。 尽管本文在整车模型的仿真中，考虑了轨道垂向不 平顺的情况，但并未考虑方向不平顺和水平不平顺的情 况。在今后的仿真研究中，将考虑更多实际干扰的因 素，以验证可变节流孑Ｌ对防止车体侧滚运动的有效性， 并将对安装可变节流孔的空气弹簧样机进行线路试验。 铁道车辆车轴轴承的技术动向 同 奄太郎（日） ２３ ２车轴轴承的规格 ２．１轴承型式 线有采用脂润滑的倾向。 表１列出新干线用车轴轴承的轴承型式和润滑方 式。 表１ 新干线用车轴轴承的型式和润滑方式 车辆 ０系 轴承型式 双列圆柱滚子轴承 润滑方式 由于车轴轴承要承受来自钢轨的冲击载荷，所以 要求其耐冲击性。在最初的０系新干线中，车轴轴承 是组合图２所示的深沟球轴承和双列圆柱滚子轴承的 结构，利用圆柱滚子轴承承受径向载荷，深沟球轴承承 受轴向载荷。现在，则使用承载更大的双列圆柱滚子 轴承或双列圆锥滚子轴承。 １００系 ３００系 深沟球轴承 油浴润滑 Ｅ２系 Ｅ５系 双列圆柱滚子轴承 另外，０系用车轴轴承作为科技发展的技术导向， 已由一般社会团体法人日本摩擦学学会认定为“摩擦 学遗产”（图３）。 ５００系 双列圆锥滚子轴承 Ｎ７００系 润滑脂润滑 油浴／润滑脂。 注＊：部分车辆采用润滑脂润滑。 ３ 车轴轴承的最新技术动向 ３．１ 新型ＲＣＴ轴承的特征 ＲＣＴ轴承（Ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｎｄ Ｃａｐ Ｔａｐｅｒｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ，旋转端盖圆锥滚子轴承）是铁道车辆车轴轴 承使用的密封型双列圆锥滚子轴承的简称。对车轴轴 承来说，除了要求高速化之外，还要求低成本，长维修 周期。一方面，车轴轴承的脂润滑寿命和油封寿命是 决定车辆维修周期的重要因素之一。另一方面，由于 车轴轴承是影响车辆安全性的重要零件，所以有必要 图２ ０系新干线用车轴轴承 维持其可靠性，因而开发了既能延长维修周期，又能确 保可靠性的新型ＲＣＴ轴承。 新型ＲＣＴ轴承的特征见图４，采用了①树脂保持 架、②轻接触密封件、③带橡胶的垫板。以下介绍①～ ③的零件结构。 图３摩擦学遗产认定书 图４新型ＲＣＴ轴承的特征 ２．２ 润滑方式 ３．１．１树脂保持架 为了确认车轴轴承的内部状况，在定期维修中进 （１）润滑脂寿命的延长。 由于树脂保持架不产生铁制零件难以避免的磨耗 铁粉，所以在延长润滑脂的寿命上是有效的。 行分解，每次都更换润滑剂或密封。一般车轴轴承都 是用润滑脂润滑。而在新干线用车轴轴承中，为了能 用油的色泽监视轴承状态或者便于油的补给，从Ｏ系 开始也采用了油浴润滑。但是，油浴润滑的搅拌阻力 比脂润滑大，高速运行时的温升高。所以，最近的新干 通过采用树脂保持架，同传统的铁制保持架相比， 在运行７０万ｋｍ后的润滑脂中，铁粉含量大幅减少 （表２）。 ２４ 国外铁道车辆第５３卷第６期２０１ ６年１１月 表２不同保持架材质润滑脂中铁粉含量的差异 保持架材质 转速／（ｒ・ｒａｉｎ ） 径向载茼／ｋＮ 轴向载荷／ｋＮ 运行时间／ｈ 铁 树脂 ３．１．２轻接触密封件 以前，为了确保密封性，对主唇部采用装入弹簧的 密封件，因而压紧力高。在高速运行时发热量大。现 在，为了降低高速运行时的发热量，开发了图６右边所 ２】２５（相当于３３０ ｋｉｎ／ｈ） ４９士９．８（１０ ＨＺ） ０±ｌ ４．７（１ Ｈｚ） ２ １２０（相当于７Ｏ万ｋｍ） 示的没有弹簧的低压紧力的轻接触密封件 ，通过降 低发热量，延长了润滑脂的寿命。正如表４所示，通过 铁粉禽量（试验后）／ｗｔ １．０３ ０．０２ 轴承回转试验，确认了轻接触密封比既有密封具有２ｏ ℃的降温效果。 （２）耐冲击性的提高。 在图５所示的落锤冲击试验机上反复加载１ ０００ ｇ，结果见表３。即使按铁保持架发生裂纹时２倍的落 锤次数进行试验，树脂保持架也没有破损，显示其有比 ｝ｌ薛 人＼ 铁保持架更优良的耐冲击特性。由于树脂保持架比铁 保持架具有高的弹性，所以在滚动体处于保持架兜孔 内发生碰撞时，其应力会得到缓冲。 既有密封＼ 图６ 既有密封和轻接触密封的比较 表４密封温度比较 外圈 Ａ列 Ｂ列 ５６．５ Ｉ 密封 轴销 Ａ列 ７３．９ Ｂ列 ７８．４ ５０．５ 试验保持架 最大 ５６．６ 既有密封 平均 最大 ５Ｏ．３ ４４．２ ４１．３ ４９．９ ４６．４ ４２．７ ６５．２ ４５．９ ４３．０ ６９．６ ５２．８ ４ ９．６ ｌｊ．２ ４１．５ ３８．７ 簧 轻接触密封 平均 注＊：试验转速：２ ２５０ ｒ／ｒａｉｎ（相当于以３５０ ｋｍ／ｈ运行） 图５落锤冲击试验机… 再者，由于降低了压力，虽有可能降低密封性，但 随着唇部和迷宫数的增加，加上对唇部形状做了改进， 从而可以确保轻接触密封与既有密封具有同等的密封 性能。该密封根据欧洲标准ＥＮ １２０８２，在图７所示的 ８０ ９ ８００ ３０ 表３落锤试验条件和试验结果Ⅲ 试验条件 落锤高度／ｍｎ 冲击加速度／（ｍ・ｓ ） 循环次数／（ｃ・ｒａｉｎ ） 试验结果 耐水试验中，判定为合格。 保持架种类 树脂保持架 落锤次数 ３６Ｏ ０Ｏ０ 破损形态 无破损 铁保持架 １ ３６ ０００ 发生裂纹 另外，在本试验中，即使试验达到１３万次，铁保持 架发生裂纹，但对树脂保持架来说，也没有发生破损的 实例。 （３）轻量化。 通过采．Ｉ－｝ｊ树脂保持架，能使５００系等新干线用车 合格条件 至少用３Ｌｌｍｉｎ的水注人１ ｈ．试验后． 轴轴承的尺寸（内圈内径：￣１２ｏ Ｈｉｍ×外圈外径：￣２２０ ａｍ）不变时．每个轴承的质量减轻２ｒ ｋｇ左右。 在轴承内部没有水侵入的迹象 图７ ＥＮ １２０８２耐水试验 铁道乍辆乍轴牟｝¨恹的技术动 ｊ 同 遗ｒ？＜ （ｆ｛） ３．１．３带橡胶的垫板 乍轴轴承…Ｉ：承受载荷，会使车轴发乍挠 。似 如乍轮在挠曲状态下同转，会使车轮侧轴承内圈和 １ 油环之间发生微振磨损，密损粉侵入轴承内部．就会降 低润滑脂寿命（ ８）。 作为改进措施．在新型ＲＣＴ轴承ｒｆ，，利川冈９所 示的结构，采川比轴承材质软的数铜板作 板，央紧微 振磨损部化。抑制磨损。而且对黄铜板的外周部位进 行橡胶成型，即使存该部位发生微振磨损．也不会有磨 损粉侵入轴承『人】部。 通过采用带橡胶的垫饭。在相当丁运行２９０万 ｋｍ的试验台试验ｒｆ１．后盖的微振磨损大幅减少。ｆＨ１ 罔１ ０所水．在运行后的轴承润滑脂中的铁粉 鲢减少 到１／１，）（）左右。 激振磨损 图８微振磨损发生场所 后盖 图９带橡胶的垫板 一… 、 ｝ 蹲有 掼【ｌ ｌ｝ ２９Ｏ 一 ； 铁粉舍商率０ １１ ｏｏ， 铁粉含有率１２ ４Ｏｏ． 有 板 尤氆板 图１０相当于运行２９０万ｋｍ后的后盖形状比较 ３．２ 车轴轴承的评价试验方法 １ 轴轴承的试验主要采用表５规定的３个标准。 全邴标准都详细规定ｒ载荷和州转图谱等试验条件。 无沦川哪个标准进行试验。都可能 ｌ皋ｌ １１所示的 ２５ 车轴轴承试验装 Ｊ－进行。ｉｉｒ以根据 轴轴承通Ｊ＿｝ｊ的 地域，按照标准进行 价试验。对新型Ｉ （ Ｉ、轴承按 照欧洲标准ＥＮ ｌ２０８２ 进行１ｒ／１００ ｋＨ１ 的性能试 验．试验结果判定为合格。另外．ｆｈ于海外市场一股都 脂润滑．所以规定油浴润滑的试验条什只是满足¨ 本标准。的需要。 表５ 车轴轴承的评价试验标准 标准 对象● 种 适川的怀准 要通川地域 既有、【岛述 ＥＮ Ｉ ２（）８２ 欧洲、 洲 Ｊ１ｔＩＳ 既有、ｒ岛速 ＪＲ１Ｓ Ｉ【）ｌｌ ｊ ¨水 ＡＡＩ 货● Ｍ ）３４ 北芰 注：ＥＮ：瞅洲统一标准（１＇：ｕｒｏｐｅａｎ Ｎｏｒｍ）： ＪＲＩＳ：【＿ｌ夺铁道１ 辆『．业协会（Ｊａｐａｎ Ａｓｓｃ，ｔ ｉａｌｌｏｎ（）ｆ Ｉ ｝ｌｌｉｎｇ Ｓ１ｏｃｋ ｈａｄｌｉｓ¨ｌ ｓ）： ＡＡＲ：北美铁路 会（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｍ￣（）ｆ Ａｔｌ￣ｅｒｉｃａｎ Ｒａｉｌ ｒ｛｝ａｄ） 融 煎酉 图１１ 车轴轴承的回转试验装置 ４今后的开发课题 为了高速化干¨延长维修胤期，进一步提高润滑脂 的寿命 』ｆ发监 轴承运行状念的监视装 是今后发 展的暇要技术。乃外．在提高轴承可靠性，Ｊ‘向．制造高 品质的轴承产品。肝 于运川、Ｉ 绩』】［１以改进，＿ＩＩ｝『５是 要 途径。这样，就要求提升跟踪符理能力。 ４．１ 润滑脂的长寿命化 运行初期。润滑脂本身通过渗入车轴轴承的滚 动面 实现润滑。如 ｌ２所爪．随着运 ｆ问的延 Ｋ，润滑脂ｎ滚动 向油封主体等静止空川排…． 经 过一段｝Ｉｌ『问后，润滑主体从润滑脂巾分离 Ｉｔ１旌油承 担润滑。 铁道车辆车轴轴承…于滚动体和滚道 为线接 触，所以必须成井ｊ比球轴承更多的油量。为此，住润滑 脂的Ｋ寿命化中．满足滚道面Ｉ 的供油充足就是重要 的技术。 ２６ 轴承内部 唇部 兰 同外铁道车辆 第５３卷第６期２０１６年ｌ１月 中，而且在测试数据的车辆点检时，能对输ｍ的测试数 据确认有无异常。 车轴轴承 １１ ＼润滑脂排出 、 ’ ＼ ， ．＼ 。 基油供给 理 图ｌ２轴承内部润滑脂的流向 ］ 润滑脂的基油供给能力同油的分离特性相关，它 受基油和增稠剂的种类、增稠剂的含量等因素的影响。 油分离率高的润滑脂，其润滑油容易向滚动面供给。 但不利因素是，在长时间的运行中就有润滑油枯竭、润 滑状态变差的可能。因而要研究适应维修周期、可控 制油分离率的润滑脂的组成 。 ４．２监视装置 图ｌ４异常检测传感器组合的外观 ４．３跟踪能力管理 在支持铁道车辆安全运行的车轴轴承中，维修履 图１３示ｆ｝｛轴承损伤的过程。轴承损伤监视装置 的原理是，当达到一定温度以上时，安装在轴箱上的温 度检测器发 信号，将热标签粘贴在轴端轴箱上，用以 监视车轴轴承的状态。在欧洲，通过设在地面上称为 历的管理工作也很重要。现在已经开发了图１ ５所示 的能将轴承品质和维修履历信息直接记录在轴承本体 内的ＩＣ内藏标签的轴承 ］。另外，还能利用图１６的 红外线检测（Ｈｏｔ Ｂｏｘ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）的温度传感器，监视 运行巾的车轴轴承温度。但是，由于典型的轴承损伤 是滚道面的剥离，其初期并不是随着温升而发生，所 专用读写装置，读写 的信息。 存于轴承内的１（－、内藏标签中 作为管理信息．还具有能够记录轴承制造履历（图 １７）等的功能。 以。即使使用任何手段，也很难检测早期剥离。今后， 车辆会进一步提速．这将会加剧轴承损伤的进展，因而 要求开发更为早期的检测异常的监视装置。图１４示 出这种采用温度和振动检测的异常检测传感器组合， 它能够连续监视轴承温度和振动．早期检测出轴承的 异常。 Ｉｉ＿ 一．一．．ｒ●一－ 图１５ ＩＣ内藏标签（埋人轴承端丽） 图ｌ３轴承破损的过程 个人数字辅助器 台式天线 、 这种内藏温度传感器和振动传感器的异常检测组 合，就设在车轴轴承附近的机架内．能够连续监视行车 中的车轴轴承温度和振动加速度。一旦轴承的温度和 振动加速度超过预定的阈值，就能发出异常信号。另 外．作为异常检测的方法，不仅川在上述的连续监视 图ｌ６读写装置（ＰＩ）Ａ型）“ 试验・研究 文章编号：１ ００２—７６１ ０（２０１ ６）Ｏ６—００２７（）５ ２７ 德国铁路公司ＶＴ６ ４２动车的 混合动力牵引系统 Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｏｓｚｆｏｌｋ，等（德） 摘要：介 ｒ德冈铁路公司采川混合动力牵引系统的试验情况。通过运行试验 明ｌｒ 合动力技术 其行良好的可靠性和通川性。 关键词：混介动力牵引系统；试验：德国 中图分类号：Ｕ２６ｏ．１ ３ ３ 文献标志码：Ｂ Ｔｈｅ Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＶＴ６４２ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｂａｈｎ Ｂｅｎｊａｎ１ｉｎ（）ｓｚｆｏｌｋ，ｅｌ ａ１．（Ｇ－ｅｒｍａｎｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｊ、ｌ１（、ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ １ｌ‘ ｌ＿（）ｎ ｓｙｓｌｅｍ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｄｅｕｌｓｃｈｅ Ｂａｈｎ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｏｔ｝ｅｒａ１ｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐｒｏｖｅｓ ｌｈａｌ ｔｈｅ ｈｙｌ｝ｒｉｄ ｌｒａｃｌｉｏｎ ｌｅｃｈｌｍｌｏｇｙ ｈａｓ ｆａｉｒｌｙ ｇｏｏｄ ｒｅｌｉａｌ｝ｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｐｔ）ｌｉ ｅ ａ１）ｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｌ｝ｒｋｔ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；Ｉｃｓｌ；Ｇｅｒｍａｎｙ 虽然在铁路市场混合动力还没有像汽车混合动力 那样形成一定的规模，但Ｉ｝ｊ丁轨道车辆的混合动力牵 引系统越来越引人关注。尤其足在短途交通巾，混合 动力系统 提高运行经济性和降低排放污染方面具有 很大的潜力。在市内区域、地下车站或者隧道内，混合 动力系统ｎ『以利Ｊ｛ｊ纯电力牵引实现无排放运行。此 外。混合动力系统可以联合电力干『１柴油动力增大运行 功率，以保证运行的准时性。 ｌ 试验结果 ＭＴＵ弗咀的希哈芬股份有限公司使用其宽进的 铁路混合动力系统 ＭＴＵ混合动力单元， ３年 的时间内完成了】５ ０００ ｋｍ的运行试验。试验１ 辆为 尤其对其更加迫切需求。而作为铁道车辆用轴承，要 轴承品质信息ｍｅａｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ湖舔ｆ衄ｌ §娃。氨Ｌ蝉 制造厂／Ｍａｎｕｆａｃｔ盯ｉｎｇ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｒ 葡 一 求其高安全性、高速性、低成本，所以也就更迫切地要 求延长其维修周期。为此，构建提高轴承运行性能，进 行状态监视的异常检测，足提高可靠性的重要手段。 参考文献 １］同 琶太郎．簸道卓向 新ＲＣ＇Ｉ、卓由受三－２／一， 付茎艳禄蛐Ｌ Ｊ＝＝］． Ｔ Ｉ＇ＥＣＨＮＫ、ＡＩ ＲＥＶＩＥＷ．２（／０６．（７ １）：８０ ８５． 轴Ｊ￣ｇ／Ｂｅａｒｉｎｇｐａｒｔｎｕｍｂｅｒ ｒ再两 制造编－Ｄ／Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｎｕｍｂｅｒ广 雨ｒ一 出厂编号／ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ ｒ 而—一… 检查日期，ｌｎｓｐｃｃｔｉ０ｎ ｄａｔｅ 检验￣／Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｏｒ 读敢／Ｒｅａｄ ｆ－写入／ｗｒｉｔｅ 丽轰 一 ｒ＿而 —一 Ｌ２］ ＥＮ １ ２０８２， Ｒａｉｌｗａｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ａｘｌｅ ｂｏｘｅｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ（２Ｏ１ １）Ｉ ｓ］． ［３］ ＦＩ本铁道卓朝ｆ 紫会规格Ｊ ０４５５： 蛐轴受 性能弑驻（２０（｝９）ｒｓ］． 图ｌ７轴承制造履历的输入 “ ［ １］ＡＡＲ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｒ ｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．Ｐｒａｃｔｉｃ￣， Ｊｏｕ ｒｎａ】 Ｂｅａｒｉｎｇｓ ＡＰＩ ＥＮＩ）ＩＸ ． （其他参考文献略） ５ 结束语 能挝效率高的铁道乍辆是环保性优良ｎ勺交通工 具，其 受性得到提高。存开发高速铁路网的各地域， 蔡千华 译自《 ／ｆ术口 》 ２０ｌ３，ＮＯ７，４１～４６ 赵 雷 校
