国内地铁车辆轴箱轴承统型思考
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摘 要：随着城市规模的扩大带来的交通拥堵问题日渐突出，一线城市率先建设了城市地铁网，针对地铁车辆轴箱轴承的工况条件和使用要求，从结构、材料、性能等多方面进行了详细的分析，提出该轴承的统型的建议，建议采用整体式密封轴承。
关键词：地铁车辆;车辆轴箱轴承;统型建议
中图分类号：U270 文献标志码：A
0 引言
改革开放后，随着城市规模的扩大带来的交通拥堵问题日渐突出，国内一线城市率先开始建设城市地铁网，同时引入了一批当时国际先进的地铁车辆及技术，然后在消化、吸收和再创新的基础上，逐步形成符合中国地域特色的地铁车辆制造技术，车辆制造所用的绝大部分零部件也实现国产化[1]。由于引进技术、国产地铁车辆制造商和车辆业主需求的不同，导致这些车辆中所用的许多相同功能零部件不能通用，从而限制了制造商和业主的选择权和采购渠道，增加了采购成本和采购周期，给制造商和业主带来不便。
同样，受各种因素制约，车辆轴箱轴承（以下简称轴承）是地铁车辆中极少数未实现国产化，且供应商和规格众多的零部件之一[2]。目前，国内新造轴承的供应商全被SKF、FAG、NSK和TIMKEN等国外制造商瓜分，甚至一个供应商在相同规格车辆上供应数种结构的轴承。为此，国家有关部门将《系列化中国标准地铁列车研制及试验》列入国家重大技术装备攻关工程项目进行攻关，攻关项目中包含轴承的统一规格和结构（简称统型）的课题。
1 轴箱轴承的基本结构
目前，国内地铁轴箱轴承按轮对车轴轴颈尺寸分，有直径120 mm和130 mm 2种;按轴承结构分有双列圆锥滚子轴承（图1）和双列圆柱滚子轴承（图2）2种类型，其中，圆柱滚子轴承又有密封式和开式两种结构;在轴承密封结构中又有轴承自带密封和与轴箱零件相配合后密封2种形式;按密封类型分又包括接触式和非接触式。
上述轴承从国内运营效果看，均能满足现行地铁车辆、线路、运行速度、使用寿命及可靠性的要求。
2 轴承统型的基本原则
我们认为，在满足现有地铁车辆运营条件下轴承统型应遵循4个原则。1）有利于车辆的运营安全和轴承使用质量的稳定/提高。 2）有利于轴承/轴箱结构的简化和轴承/轴箱安装/退卸方便。3）有利于轴承先进、成熟制造技术的产业化。4）有利于轴承制造和维修成本的降低。
3 轴承统型的建议
3.1 对130 mm轴颈轴承的建议
从国内地铁线路曲线较多及圆锥滚子轴承承受轴向载荷能力较强考虑，圆锥滚子轴承相对圆柱滚子轴承有相对优势。因此，建议采用双列圆锥滚子轴承结构[3]。
从轴承一定运行周期内免维护角度和安装退卸简便考虑，应采用密封结构。那么，对现有密封式双列圆锥滚子轴承，我们建议采用图1结构3，选用理由有3个。
3.1.1 轴承结构紧凑重量轻
图1结构3轴承属于紧凑型轴承，轴承轴向宽度尺寸短，相对应的轴颈/轴箱尺寸也可以缩短，这对减少轴颈的变型（挠度）和车辆振动有利，以及减少轴承内圈大端面磨损有利。
另外，在相同内径尺寸下，结构3轴承的重量较其他结构轴承轻量，这有利于减轻车辆簧下重量，实现轻量化有利。
3.1.2 轴承/轴箱结构简单
图1结构3轴承没有多余的零件，轴承和密封装置自成一体，简约的结构使轴箱结构也相应得到简化[4]。这不仅对轴箱部件的制造、安装和退卸有利，可以减少作业的工作量和劳动强度，也可以减少对作业技能的要求。
3.1.3 轴承密封结构优点突出
几种圆锥滚子轴承的差异主要反映在轴承密封结构中，图1结构3轴承的密封结构优点如下。
图1结构3轴承是国内消化吸收国际轴承先进技术，并经再创新及运营考验的结构。相同结构轴承是本世纪初原铁道部以技術换市场的引进产物，产品已被大量运用于国内铁路货车车辆轮轴上，密封结构装有量近千万组，不仅制造技术和运用技术相当成熟，且在轴承使用安全性上也相当可靠，故障率极低（十万分之2左右）。
该结构轴承不仅在铁路车辆上得到使用，在工程、石油、钢铁等机械上也广泛应用。
轴承两侧密封结构相同且对称，不仅减少了单套轴承的零件种类，也有利于制造成本和采购成本的降低。
密封结构轴向尺寸小，结构紧凑，密封空间小，在满足运用的前提下可以减少润滑脂的使用量，有利于润滑脂的充分利用，减少润滑脂运用温升，并有环保和降低制造成本等附带效果。
图1结构3轴承密封在轴承制造时一次性安装完成，质量容易保证。而其他结构轴承的密封需要借助于前盖/压板/后档才能完成密封安装，相对而言，质量保证难度大，且安装流程多、检测难度大，要求操作技能高。
3.1.4 轴承国产化和产业化率高
图1结构3轴承的所有零件已全部实现国产化，各零件的制造技术相当成熟，供货渠道和供货周期畅通。
3.1.5 轴承制造/检修简单
结构3轴承结构简单，零件数量少，不仅制造/检修质量容易保证，也使轴承的制造/维修成本低于其他结构轴承。
3.1.6 安装/退卸方便
图1结构3轴承和轴箱结构的简单，带来轴承安装/退卸工作量的简化和便捷。
3.2 对120 mm轴颈轴承的建议
圆柱滚子轴承相对圆锥滚子轴承具有径向承载能力大、极限速度高、摩擦系数低、制造/维修简单以及安装拆卸方便等优点，尤其是套圈挡边形状改进后也能承受一定的轴向载荷，因此，完全可以满足现行地铁车辆的使用要求[5]。同时，鉴于国内外轨道车辆上圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承共存的悠久历史和现状，以及部分车辆业主对该轴承结构的使用习惯，建议保留圆柱滚子轴承结构，并在轴颈120 mm轴上使用。随着轴承在一定周期内免维护在轨道车辆的普及应用，以及整体式轴承具有的安装和退卸简便性能，为此，建议：在120 mm轴颈上采用轻接触密封式双列圆柱滚子轴承（见图2结构4）。
4 结论
综上所述，我们建议国内地铁车辆轴箱轴承统型结构采用。1）130 mm轴颈采用图1结构3，即整体式密封双列圆锥滚子轴承。2）120 mm轴颈采用图2结构4，即整体式密封双列圆柱滚子轴承。
参考文献
[1]盖利森.高速列车轴箱轴承动态行为研究[D].重庆：西南交通大学，2016.
[2]叶军.发展中的轨道交通车辆用轴承[J].轴承，2013（12）：61-65.
[3]李锦红.地铁轴承的设计与应用[J].哈尔滨轴承，2001（2）：3-4.
[4]李兴林.滚动轴承寿命及可靠性试验监测诊断技术实践[J].设备管理与维修，2004（s1）：47-50.
[5]黄莉，汪曙俊.地铁车辆轮对轴承的检修[J].轴承，2012 （10）：40-42.
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