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1、一、铁道车辆车轴简介一、铁道车辆车轴简介铁道车辆是运送旅客和货物的工具。铁道车辆按照用途分为铁道客车、铁道货车两大类。由于不同的目的、用途及运用条件，使车辆形成了许多类型，但其构造基本相同，大体均由五部分构成：车体、走行部、车钩缓冲装置、制动装置、车辆内部设备。车轴是轮对的主要配件，它除了车轮组成轮对外，两端还要与轴箱油润装置配合，保证车辆安全运行。按其使用轴承的不同，车轴分为滑动轴承车轴和滚动轴承车轴。目前，我国铁路货车轮对绝大部分都采用滚动轴承及滚动轴承车轴，但也有极少数车辆还在使用滑动轴承车轴及滑动轴承(一般为重载车辆所使用)。1.11.1滚动轴承的一般知识滚动轴承的一般知识（一）滚动轴
2、承的工作原理运动物体与支撑物之间的接触点是在不断地变化的摩擦叫滚动摩擦。滚动轴承的摩擦就是属于这种摩擦。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体（滚子）、保持架组成。滚动轴承是借助于在内、外圈之间的滚动体滚动实现传力和滚动的。内圈紧配合于轴颈上，外全与轴箱之间允许有少许的转动，当车轮转动时内圈随轴颈转动，同时带动保持架与滚动体转动，滚动体一方面沿内外圈滚道作公转，另一方面绕自身轴心作自传，它们之间的接触点是在不断变化的，零件之间没有滑动摩擦，因此其摩擦阻力小，这是滚动摩擦的主要特点。（二）滚动轴承的特点1、减小列车起动和运行阻力，增大列车前牵引质量2、延长检修周期，减少材料消耗3、滚动轴承承载均匀，燃
3、油事故少，安全可靠4、提高运行速度，适应现代化运输二、润滑分析二、润滑分析2.12.1润滑剂润滑剂铁路车辆滚动轴承承受着较大负荷和冲击振动，且车辆运行于南北方之间，经常受温度变化的影响。所以，根据铁路车辆滚动轴承的结构和使用条件，一般均采用润滑脂润滑。润滑脂是将稠化剂分散于液体润滑剂中所组成的一种稳定的固体或半固体产品，其中可以加入改善润滑脂某种特性的添加剂及填料。2.1.12.1.1 润滑剂的作用润滑剂的作用润滑脂是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要作用有以下几点；1.控制摩擦对摩擦副进行润滑后，由于润滑剂介于对偶表面之间，使摩擦状态改变，相应摩擦因数及摩擦力也
4、随之改变。2.减少磨损摩擦副的粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损以及腐蚀磨损等，都与润滑条件有关。在润滑剂中加入抗氧化和抗腐蚀添加剂，有利于抑制腐蚀磨损；而加入油性和极压抗磨添加剂，可以有效地减轻粘着磨损和表面疲劳磨损；流体润滑剂对摩擦副具有清洗作用，也可相对减轻磨粒磨损。3.降温冷却降低摩擦副的温度是润滑的一个重要作用。众所周知，摩擦副运动时必须克服摩擦力而作工消耗在克服摩擦力上的功全部转化为热量，其结果将引起摩擦副温度上升。摩擦热的大小与润滑状态有关，干摩擦热量最大，流体摩擦热量最小，而边界摩擦的热量则介于两者之间。因此，润滑是减少摩擦热的有效措施。但铁道车辆用的润滑剂是润滑脂，是半固体润滑
5、剂，润滑脂的降温效果并不明显。4.防止腐蚀摩擦副不可避免地要与周围介质接触，引起腐蚀、锈蚀而破坏。在摩擦副对偶表面上，若有含防腐、防锈添加剂的润滑剂覆盖时，就可避免或减少由腐蚀而引起的损坏。5.密封作用因铁道车辆所用的润滑脂为半固体，所以润滑脂具有自封作用，它不仅可以防止润滑剂流失，而且还可以防止水分和杂质等入侵。6.减振作用所有润滑剂都有在金属表面附着的能力，且本身的剪切阻力小，所以在摩擦副对偶表面收到冲击载荷时，也都具有吸振的能力2.1.22.1.2 润滑脂的特点润滑脂的特点因铁路车辆使用的润滑剂是润滑脂，所以这里只介绍润滑脂的特点(1）油膜强度高、能承受较高的负荷.特别是采用含有机压添加
6、剂的润滑脂时，其油膜强度可大大提高；(2)缓冲性能好，能承受较大的冲击和振动；(3)黏附性能好，在低、中速时不易流失；密封和防护性能好，密封唇口处涂的润滑脂以及运用中跑到油封处的密封罩与牙口配合处的润滑脂，可有效地防止灰尘、水分及其他有害物质侵入轴承，保证轴承正常润滑和防止轴锈蚀；(4)润滑脂的黏温性能好，油脂黏度受温度变化的影响较小，故可在较大温度范围内使用，不需要像车轴润滑油那样按冬、夏季更换。使用润滑脂也有其不利的一面，即运用中搅拌热较大，不能通过润滑脂把轴承中的热量带出，轴承温升随润滑脂量成比例的增加。而在检修轴承时润滑脂不易清洗掉，更换不方便2.1.32.1.3 润滑脂的性能要求润滑
7、脂的性能要求用滚动轴承代替滑动轴承是一项重大技术改革。滚动轴承的摩擦系数仅为滑动轴承的 1/101/50，可以提高车速，增加运输能力，减少热轴事故，保证行车安全，延长检修期，节省维修费和润滑油料。中国铁路客车自 1955 年开始实施滚动轴承化，到 1978 年已全部实现滚动轴承化，主要采用 42724/152724、42726/152726、NJ3226X1/NJP3226X1 型圆柱滚子轴承。1977 年，我国货车开始实施滚动轴承化，虽然起步较晚，但到2002 年，也实现了货车滚动轴承国产化。货车先后采用 197726、SKF197726、352226X2-2RZ、353130X2-2RZ
8、型圆锥轴承。铁道车辆滚动轴承润滑脂的主要作用是润滑、保护和密封，其性能要求主要取决于轴承的载荷（径向和轴向）、转速、温度以及轴承检修周期。同时，中国幅员广阔，铁道车辆滚动轴承润滑脂在四季中需要经受高温、低温、雨雪、风沙等严酷自然环境的考验，还要考虑使用环境对润滑脂性能的要求。铁道车辆滚动轴承润滑脂应具有以下基本性能要求：（1）具有较好的机械安定性轴承在工作过程中，润滑脂受到强烈的机械剪切作用，有可能使润滑脂的结构发生破坏，使润滑脂变稀，失去附着在轴承内起润滑作用的能力，轴承内的润滑脂将容易产生流失。因此，要求润滑脂要具有良好的机械安定性。（2）具有良好的胶体安定性润滑脂在存放或运用过程中，不应
9、发生油皂分离而大量地析出润滑油，否则会使润滑脂变硬，影响润滑或不起润滑作用。胶体安定性的好坏，在运用中以析出润滑油量的多少和油脂是否变硬来衡量，在实验室里以压力分油法来测定。（3）具有良好的氧化安定性氧化安定性也叫抗氧防腐性。润滑脂在运用过程中，在强烈的搅拌和压力下，可能与轴承金属表面和磨耗下来的金属微粒，以及空气中的氧气互相作用而产生带酸性的氧化物，这种酸性氧化物中和润滑脂中的游离碱会使润滑脂变质、失效和腐蚀轴承。因此要求润滑脂要具有良好的氧化安定性。氧化安定性是通过测定旧油脂中游离酸和游离碱来判定。（4）有一定的抗乳化性即要求润滑脂具有良好的抗水性，不会因混入水分而乳化变稀。（5）具有良好
10、的温度特性轴承在最高工作温度时，润滑脂不溶化，不变稀漏泄；而当轴承在-40-50工作时，润滑脂不会变得很稠，也就是黏度不会变得很高，以免增加运行阻力。润滑脂耐高温的能力，用点滴来测定。点滴是润滑脂由半固体转变成液体的温度，一般应比轴承允许的最高工作温度 20以上。低温性能可通过黏度计来测定其低温相似黏度。2.1.42.1.4 润滑脂的性能指标润滑脂的性能指标一.外观:润滑脂外观是通过目测和感观检验来控制其质量的一个检查项目。外观检验的主要内容包括颜色、光亮、透明度、粘附性，均一性和纤维状况等。此外，还可以用手捻压来检查判断。外观的主要检查内容包括：（1）观察颜色和结构是否正常，是否均匀一致，有
11、无明显析油倾向；（2）观察有无皂块，有无粗大颗粒，硬粒杂质以及外来杂质；（3）观察纤维状况，粘附性和软硬程度等。二、滴点（滴熔点）:润滑脂的滴点是用滴点测定器测定的。在规定的加热条件下，当从仪器的脂杯中滴出第一滴流体时的温度，叫作润滑脂的滴点。滴点示出润滑脂达到一定流动性的温度。在不同情况下可以分别表示下述几种性质：（1）表示熔点。滴落温度能近似地表示润滑脂的熔点，但不能作为准确的熔点；（2）表示分油。在测定热安定性不好的润滑脂的滴点时，往往皂油分离而滴油。此时并不代表其熔点，而仅能代表其明显的分油温度或分解温度；(3)表示软化。某些润滑脂并没有发生明显的相转变，也并没有完全熔化，而仅仅是变软
12、，软到一定程度(大约相当于锥入度值在 400 以上)，则成油柱而自然垂下，拉长条而不成滴。此时滴点仅能代表其软化温度。三、锥入度（针入度，穿入度）：润滑脂的锥入度是鉴定润滑脂稠度常用的指标和最基本的性能要求。锥入度值是润滑脂划分牌号的基础。锥入度对润滑脂性能的影响,通过锥入度的测定可以了解润滑脂的以下性能：（1）稠厚程度。虽然人们常把锥入度称作稠度，其实稠度和锥入度是两个不同的概念。稠度是指润滑指的稠厚程度，即浓稠性，而锥入度只是表示其软硬度。锥入度越大，稠度越小；锥入度越小，则稠度越大。（2）强度。锥入度在一定程度上可以表示润滑脂的塑性强度，也就是指它受应力作用而可能发生变形的程度。从而可以
13、初步了解润滑脂的抗挤压和抗剪断的能力，便于合理地确定它的使用范围。（3）流动性。锥入度值可以反映润滑脂受外力作用下产生流动的难易程度。锥入度越大，说明润滑脂越软，越易流动；相反则说明润滑脂越硬，要受较大的外力作用才能流动。常用的润滑脂锥入度约为 220340，如果锥入度超过 400，即失去可塑性而变成半流体，此时就失去润滑脂能维持固定形状的特点，而需要不断补充新脂。对于几种润滑系统用脂，则需要选用锥入度值较大，即流动性较好的润滑脂。三、日常维护与检修三、日常维护与检修轴箱润滑装置是铁路车辆的重要组成部分，它不仅将轮对和侧架或构架联结在一起，把车辆的垂直、水平载荷传给轮对，而且不断地保持轴承的正
14、常润滑，减少摩擦、降低运行阻力、限制轮对过大的横向移动、防止雨水、灰尘等异物侵入，使车辆不间断地运行。如果轴箱油润装置发生故障，轻微的会延迟行车，严重的会使轴颈因激烈磨损而折断，造成严重事故。因此，车辆检修人员应加强对轴箱油润装置的维护和检修。四、故障分析四、故障分析五、我国铁道车辆润滑剂的发展五、我国铁道车辆润滑剂的发展中国铁道车辆滚动轴承润滑脂从20世纪70年代末期的钙钠润滑脂发展到目前的铁道车辆滚动轴承 IV 型润滑脂，经历了钙钠基润滑脂、锂基润滑脂、锂钙基润滑脂、极压型锂钙基润滑脂的发展过程，润滑脂的性能得到了极大的提高，基本达到了国外同类产品的先进水平，满足了中国铁道车辆滚动轴承提速
15、、重载、安全运行的需要。5.1 铁道车辆滚动轴承型润滑脂在 20 世纪 70 年代中后期，根据当时的润滑脂工业水平和铁道使用要求，中国铁道车辆滚动轴承采用的是钙钠基润滑脂。该润滑脂机械安定性差，抗水性不好，使用中存在甩油流失现象，遇潮湿易变乳白色，换脂周期短，不能达到段修期换脂的要求。在石油工业部和第一机械工业部的大力支持下，铁道部科学研究院金属及化学研究所与上海炼油厂、洛阳轴承研究所等单位协作，参考美国铁路协会AAR-M-917B 规格标准，结合中国润滑脂工业的实际情况，采用 12羟基硬脂酸和三压硬脂酸锂皂稠化石蜡基 30 号机械油，并添加结构改善剂、抗氧化剂、防锈剂，制成铁道车辆滚动轴承型
16、润滑脂。铁道车辆滚动轴承型润滑脂具有较好的机械安定性和胶体安定性，及其规格及典型数据见表铁道车辆滚动轴承型润滑脂作为铁路客车滚动轴承的专用润滑脂，于1978 年 8 月通过了铁道技术鉴定，从 20 世纪 80 年代初期到 20 世纪 90 年初期，在铁路机车、客车、货车上全面推广应用。5.2 铁道车辆滚动轴承型润滑脂20 世纪 80 年代初，鉴于我国铁路货车滚动轴承化，铁道车辆滚动轴承型润滑脂已不能满足使用 5 年或 5105km 换脂的要求。铁道部科学研究院金属及化学研究所与天津石油化学厂合作，开展铁道车辆滚动轴承型润滑脂（铁路货车滚动轴承润滑脂）的研究工作。在铁道车辆滚动轴承润滑脂规格标准
17、，建立了滚动轴承试验台，对壳牌公司的Alvani D 和 Alvania R3、德士古公司的1909-H、Esso公司的Arapen RB-320和RB30等进口轴承脂进行台架实验和现场装车实验，了解货车滚动轴承润滑脂的规格标准和质量水平。同时，突破了锂钙基润滑脂制造工艺关，发明了高温“一步法制备锂钙基润滑脂的新工艺”，并于 1988 年获得我国发明专利。铁道车辆滚动轴承型润滑脂采用深度脱蜡、深度精制的石蜡基矿物油为基础油，以 12-羟基硬脂酸锂钙皂为稠化剂，加入抗氧剂、防锈剂制成，具有良好的机械安定性、胶体安定性、抗水性、防锈性、抗氧性、耐高低温性和低挥发性等特性，其典型数据见表。1989
18、年，铁道车辆滚动轴承型润滑脂通过铁道部技术鉴定，其规格指标基本符合美国 AAR-M-942 规格要求，且实际使用性能略优于具有国际先进水平的ESSO 公司的 Arapen RB320 润滑脂，可满足运行速度不大于 160km/h、工作温度在 40120范围内的铁道车辆滚动轴承的润滑。1990 年，铁道车辆滚动轴承型润滑脂在全路客车、货车上使用，换脂周期可达 5 年或 5105km 以上，取得了巨大的经济效益和社会效益，为我国铁道货车滚动轴承化作出了重要贡献。1991 年，铁道车辆滚动轴承型润滑脂获铁道部科技进步一等奖，1993 年，获得国家科技进步二等奖。1993 年，铁道科学研究院金属及化学
19、研究所参考美国铁路协会 AAR-M-942规格，并结合我国铁路的实际情况，制定了 TB/T 2548-1995铁道车辆滚动轴承型润滑脂铁道部标准，并于1996 年开始实施。TB/T 25481995铁道车辆滚动轴承型润滑脂技术要求见表。5.3铁道车辆滚动轴承型润滑脂随着我国铁道货车提速、重载以及延长检修周期的发展，铁道货车运行速度达到 120km/h，轴重达到 25t，轴承检修周期延长到 8105km。1996 年，铁道科学研究院金属及化学研究所与燕化集团天津润滑油脂有限公司合作，开始研制铁道车辆滚动轴承型润滑脂（25t 轴重重载车辆滚动轴承润滑脂）。通过调研国外铁道车辆滚动轴承润滑脂的质量水平，以铁道车辆滚动轴承型润滑脂技术为基础，借鉴 Exxon 公司 Ronex-MP 极压型长寿命轴承脂的技术特点，采用高级脂肪酸锂钙脂的技术特点，采用高级脂肪酸锂钙皂稠化深度精制的石蜡基基础油，同时加入抗氧化剂、防锈剂、极压抗磨剂等添加剂，成功研制了铁道车辆滚动轴承型润滑脂。铁道车辆滚动轴承型润滑脂具有良好的机械安定性、胶体安定性、极压抗磨性、抗氧性、防锈性、抗水性和长寿命等特点，其技术要求及典型数据见表。