车辆构造新技术轮对

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1、缩短型车轴一、背景及现状：随着铁路运输事业的不断发展，特别是铁路实现六次大提速 以来，货车轴重、载重及列车编组数量、速度已经有了较大的提 高。根据铁路跨越式发展形式，为适应货车提速、重载的需要， 载重由60t至70t及以上，轴重由21t至23t、25t,商业运行 速度由 80km/h 至 120km/h。近年来，铁路货车系统以“五防”（防切、防脱、防分离、 防燃、防大件断裂）为重点，积极开展各项工作，货车运用安全 情况有了较大的改善。但目前货车冷切、热切事故仍然是 威胁 铁路安全的最大隐患，它仍是做好货车“五防”工作的重中之重。消除货车切轴事故要丛源头抓起，消灭冷切轴要解决好车轴 问题，消灭热

2、切轴要解决好轴承问题。二、货车冷切轴的原因：载重60t货车以装用RD2型轮对为主，冷切轴发生的部位主2要集中在轴颈根部（卸荷槽部位），极个别发生在轮座部位。经计算，轴颈根部的应力较大，另外轴颈根部几何尺寸超差， 表面粗糙、锈蚀、刀痕等缺陷，极易发生冷切轴。三、货车车轴冷切轴的防止措施：1、加大轴颈直径： 改变车轴、轴承的标准体系，形成转向架2 个体系结构，不 利于生产、检修，则该措施不可采用。2、采用缩短型车轴： 只需改变车轴的长度标准，轴承只需轴颈变化即可，对车辆 的其他结构无影响。(1) 60t载重、21t轴重货车车轴采取的措施：03年：暂停使用RD车轴等级轴；204 年：规范 RD 车轴

3、加工工艺，特别是规范了卸荷槽部2位的加工工艺和质量要求07 年：新制车轴全部无卸荷槽加工方案。(2) 70t 载重、 25t 轴重货车采用缩短型车轴：三种车轴参数性能对照表RE2RE2ARE2B应用情况仅装车试验未推广使用98年设计使用(过度)05年为70t级设计使用(主型)车轴载荷中心距195619811981载荷中心到轴颈根部的135125110距离全长216621912181卸荷槽结构有两种有卸荷 槽、一种无卸 荷槽无（3）RE 车轴主要结构特点及用途：2B与现有的 RE 车轴相比，车轴载荷中心到轴颈根部的距离缩 2A短了 15mm,使轴颈根部应力降低了 14.0%，弯曲变形量降低了 3

4、9.2%。材质为LZW车轴钢（车轴是用平炉、电炉或氧气碱性转炉 冶炼的镇静钢锭或钢坯，加热锻造成型，经热处理和机械加工而 成。车轴钢分为 40 钢和 50 钢两种优质碳素钢），仅采用了无卸 荷槽一种形式，提高了轮对的可靠性延长了检修周期降低了轮轴 的检修成本将成为我国货车的主型轮对。该车轴能够满足转 K 5 转K型转向架的组装要求，可以与RE车轴组成的轮对互换使用。6 2A车轮目前我国铁道车辆上使用的车轮为整体辗钢轮和新型铸钢 轮，简称为整体轮。为满足高速车辆的要求，近年来又研制了高 速轻型车轮，使车轮轻量化，以减少高速运行时轮轨之间的动力 作用力。车轮按其辐板形状可分为直辐板形车轮和 S 形

5、辐板车 轮。一、S型辐板车轮：1、现用直辐型车论存在的问题及原因：（1）存在的问题铁道部四方车辆研究所，经过对运用车轮裂损情况的调查， 发现车轮的裂损故障主要是轮辋、辐板裂纹（2）原因其原因除因制造缺陷所致之外，主要是车轮结构不合理：a、据对现行客货车直辐板车轮所进行的有限元强度计算结果 表明，直辐板车轮应力分布不均，在所有计算工况下，车轮辐板 都出现严重的应力集中现象。b、当轮辋磨耗到限时，在辐板外侧向轮毂过渡处应力已超 过弹性极限，产生塑性变形，降低了车轮强度。辐板应力集中是 导致运用中辐板疲劳裂纹的主要原因之一，辐板孔周边应力集中 也容易产生疲劳裂纹。c、由于直辐板车轮形状不合理，在制动

6、热负荷作用下还将产 生过大的热应力，其数值约为机械应力的 4-6 倍，是运用中车轮 产生热裂的主要原因。2、S 型辐板车轮的特点：（1）辐板形状合理：辐板为 S 型，全部用圆弧连接取消了辐板孔采用 LM 型踏面适当减薄轮毂壁厚具有实用、经济和节能的优点。最小可以 为 30mm 。（2）消除了应力集中现象应力分布合理应力：型辐板车轮的应力都在屈服极限以下， 而原车轮最大应力已超过屈服极限。车轮热应力明显下降：辐板呈S形，减少了对轮辋的约束。可比原形车轮承受更大的制动热负荷（3）车轮变形值发生了变化：轴向变形减少，提高运行安 全性；径向变形增加，改善辐板对轮辋的约束。（4）S 型辐板车轮大多采用

7、CL60 车轮钢，要求严格控制其 纯净度，以提高车轮内在质量。采用先进的间歇淬火或三面淬火 新工艺，提高轮辋的淬透性和轮辋断面的硬度分布均匀性。车轮 为全加工、全抛丸、全探伤，有效消除了由于尺寸公差超差所造 成的踏面不圆，车轮偏心等问题。严格控制车轮残余静平衡值， 使制造精度大大提高。二、新型铸钢车轮：20 世纪50 至60年代，我国曾广泛地使用过铸钢车轮。由 于那时冶炼技术与浇注工艺落后，生产的铸钢车轮质量不高，另 外，在运用中也出现了一些问题。因此停止了研究和生产。近年来，国外铸钢车轮一直在发展，我国铁路大同爱碧玺 铸造有限公司与美国 ABC-NACO 铁路产品公司联合设计制造了新 型铸钢

8、车轮，进而解决目前辗刚车轮供不应求的问题。1、新型铸钢车轮生产工艺： 采用电弧炉炼钢、石墨铸型、雨淋式浇口浇注工艺。（1）采用电弧熔炼钢水，钢水纯度高。（2）采用石墨铸型，使铸件表面光洁，尺寸精度高，由于 石墨导热性能优良，铸件凝固速度快，晶粒细化，可提高材质机 械性能和车轮的内在质量。（3）采用雨淋式浇口浇注工艺，冒口和浇口设在同一位置， 浇注时钢水由轮辋、辐板至轮毂顺序凝固，补缩用的钢水自冒口 沿补缩通道不断补充，达到最佳补缩效果。铸成后的车轮，进行 缓冷处理，使铸件各部位均匀冷却，以消除内应力。随之进行热 轮抛丸以清除表面余砂及氧化铁皮，再进行加热、淬火及回火的 热处理工艺，对辐板要求进

9、行抛丸处理，提高车轮的使用寿命。2、铸钢车轮的优点：生产工艺简单节省能源（节能 40%-60%）金属收得率高（70%提高到 90%）机械加工量少生产成本低（50%）3、新型铸钢车轮与辗钢轮的区别：（1）铸钢车轮是由钢水在生产线上直接铸造成型。与辗 钢车轮相比，省去了铸锭、截断再加热、水压机压型、冲空 等许多工序，劳动力消耗少，生产能耗低。（2）由于采用石墨型浇注工艺，避免了辗钢车轮由于 下料偏差引起的尺寸和重量偏差，使新型铸钢轮尺寸精确、 几何形状好、内部组织均匀、质量分布均匀，轮轨之间动力 作用相对小。（3）新型铸钢轮辐板为深盆形结构（又称流线型结构）， 耐疲劳、抗热裂性的性能均优于辗钢轮。

10、新型铸钢轮的化学成分与辗钢轮相近，二者的标准中 所有技术要求相同，探伤和检验的标准相同。而新型铸钢轮 轮辋的要求更高一些。紧凑型轴承一、货车热切轴的原因和防止措施：1、原因： 热切轴的主要原因是配件破损失效，其中最严重的是钢保 持架破裂、折损，使轴承内组件卡滞，功能失效，引发温度升高， 失效加剧，从而热切轴 。2、防止措施： 采用工程塑料保持架。一是解决刚保持架易裂损的问题， 二是工程塑料保持架具有自润滑作用。具体措施：2005 年要求加快淘汰钢保持架，换装工程塑料保持架。 全部采用迷宫式或非接触式油封。二、既有货车轴承的实际情况：1、既有货车轴承的数量、种类：截止2005年，我国既有货车共计

11、65万辆。60t车62.5 万辆， 520 余万套轴承 197726、SKF197726、352226X-2RZ。270t、76t、80t 车 2.5 万辆， 20 万套轴承德国 FAG： TAR0L150R、瑞典 SKF： TBU150、美国 TIMKEN： AP150、美国 BRENC0。2、货车轴承结构形式： 钢保持架200万套，工程塑料保持架310万套；非接触式油封（迷宫式300万套），接触式油封（SKF197726 和进口轴承200万套）3、存在的问题：（1，轴承品种、型号多（ 2 1 t ：五种；2 5 t ：五种，不利于 提高效率。（2）检修不便： 不能互换。密封结构的不同，温升

12、不同，红外线预报标准分别为4OoC、55oC。贝红外线预报后据不同温升去判别轴承， 以便确定是否更换轮对，使运用极为不方便。（3）不便于轴承统一管理：“ 多种不同型号的轴承不同的制造检修标准，特别是轴承发 生故障时，查找原因极为复杂。（4）钢保持架由于制造工艺的局限性，各兜孔尺寸误差较 大，影响了轴承的旋转性能，一旦发生卡滞，极有可能发生热轴 或热切轴故障，检车员通过“七字“检查法发现的无温升轴承故 障大部分为保持架故障。三、紧凑型轴承技术的发展：1、在25t紧凑型轴承上统一标准，并决定在70t及以上栽 重货车上装用紧凑性轴承。2、近年来我国 70t 及以上货车使用的轴 承有 FAG：TARO

13、L150、 SKF：TBU150、 TIMEN：AP150、 353130X -2RZ、 353130A、2353130C 等型号。3、SKF 公司在过去 10 年与南口厂合资产品占国内铁路货 车用轴承锝 80%，其技术处于保密状态，通过谈判签定了技术合 作协议（以市场换技术），国内七家轴承厂按铁道部制定的统一 的轴承标准进行生产，无偿使用SKF轴承技术（CTBU150轴承专 为中国设计，在美国、澳大利亚有 5 年运用经验），设计和工艺 在国际上处于领先地位。根据 CTBU150 型轴承设计图样和技术条件，技术委员会制定 了新结构 353130B 紧凑型轴承标准。四、352226X-2RZ型轴

14、承的结构特点：2352226X -2RZ 型轴承是 1999 年由四方研究所研制使用于提 2速货车转向架的一种新型轴承。(1) 外圈：带有两个倾斜的滚道，两端薄壁为牙口，牙口根 部设有油沟以嵌入密封罩凸边，防脱落或漏油脂，在外圈外表面 中部有一圈宽13mm，深0.5mm凹槽刻打标记。采用 G20CrMoA 电渣重熔轴承钢制造。滚道表面进行渗碳处 理，使轴承外圈表面耐磨性提高，内部保持较高的韧性从而提高 了抗压强度和冲击韧性。表面施行磷化处理，可以防止锈蚀和提 高润滑效果。(2) 内圈：双档边结构。为了大挡边与滚子球基面接触带控 制在大挡边中部便于润滑和减少摩擦，内圈大挡边设计成 7059/内圈

15、的材质、热处理要求及磷化处理要求同外圈。(3) 滚子：圆锥体结构。每套轴承 40 个滚子。滚动面素线为 一对数曲线，使滚子表面接触应力分布均匀，避免两端应力集中。(4) 保持架：保持架整体呈圆锥形采用钢板冲压而成，将滚 子与内圈组合在一起， 2004 年 9 月 1 日以后新造、大修的轴承 换装工程塑料保持架。(5) 中隔圈： 45 号钢制造表面磷化处理，装于两内圈之间调 整轴向游隙（6）密封装置：密封罩：2.5mm厚的T钢板压型而成表面磷化处理。密封罩10 大端外圆周面有凸边以嵌入外圈油沟，大端外圆与外圈牙口过盈 配合。密封罩小端为直通式不在设油封挡边，以适应安装新型油 封的需要。油封：为非接触式橡胶迷宫油封，由内油封和外油封组合 而成，外油封安装在密封罩最小直径的圆周内，内油封与密封座 紧密配合。轴承组装后，内外油封之间不接触，但它们之间的凹 凸槽相互配合形成密封迷宫。密封座：其断面为“”形状，内圈直径较小的圆周与轴颈 过盈配合，直径较大的圆周上不再开有小孔，从而不再加油或排 气的功能。前、后密封座与前盖及后挡配合后，还起到轴承内圈 的定位作用。（7）前盖：因随车轴