在列車運(yùn)行壽命期間，Z大程度地減少轉(zhuǎn)向架的維護(hù)次數(shù)是降低生命周期成本的關(guān)鍵所在。 如果將維護(hù)間隔從4年延長(zhǎng)到6年， 每臺(tái)轉(zhuǎn)向架的維護(hù)費(fèi)用每年可節(jié)省3000歐元。
過(guò)去十多年來(lái)，列車輪對(duì)是妨礙維護(hù)間隔延長(zhǎng)的一個(gè)主要限制因素。 目前，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)控制的地下車床來(lái)消除磨平點(diǎn)和補(bǔ)償磨損，可將輪對(duì)的更換周期延長(zhǎng)至150萬(wàn)公里。
列車輪對(duì)的壽命受軸承影響。 理想狀況中，在保證充分潤(rùn)滑的前提下，軸承內(nèi)的大部分部件（例如內(nèi)外圈、滾子及密封件）的使用壽命，保守計(jì)算都可超出輪對(duì)的兩倍。但事實(shí)上，迄今為止輪對(duì)軸承卻無(wú)法完全滿足延長(zhǎng)輪對(duì)壽命的要求。 潤(rùn)滑是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。 列車輪對(duì)軸承的潤(rùn)滑脂壽命始終是延長(zhǎng)轉(zhuǎn)向架維護(hù)間隔的薄弱環(huán)節(jié)。
潤(rùn)滑脂是列車輪對(duì)軸承的重要組成部分，用于將軸承內(nèi)部的金屬表面彼此隔離，從而防止這些金屬表面發(fā)生磨損或腐蝕。 隨著時(shí)間的流逝，潤(rùn)滑脂性能發(fā)生變化，潤(rùn)滑脂中提供潤(rùn)滑和保護(hù)的基礎(chǔ)油組分，會(huì)慢慢地從用于穩(wěn)定基礎(chǔ)油的增稠劑中淅出。 Z終，潤(rùn)滑脂耗盡，必須更換。
標(biāo)準(zhǔn)火車軸承通常需要每行駛100萬(wàn)公里后，進(jìn)行一次維護(hù)和補(bǔ)充潤(rùn)滑，期間需要將列車停運(yùn)并卸下軸承。 因此輪對(duì)軸承成為輪對(duì)壽命延長(zhǎng)主要的限制性因素。 對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，軸承的定期維護(hù)成本高昂且非常不便，因此一直想方設(shè)法地進(jìn)行避免。 但理想的情況是，軸承維護(hù)間隔需要與輪對(duì)壽命相匹配，使輪對(duì)更換和軸承維護(hù)可同時(shí)進(jìn)行。
在進(jìn)行了大量研發(fā)工作之后，斯凱孚的工程師們讓這一夢(mèng)想成為了現(xiàn)實(shí)。 斯凱孚的Z新列車輪對(duì)軸承在進(jìn)行維護(hù)之前可以運(yùn)行170萬(wàn)公里，從而使軸承維護(hù)計(jì)劃能夠與即使Z耐用的輪對(duì)更換計(jì)劃相匹配。 斯凱孚團(tuán)隊(duì)通過(guò)關(guān)注影響軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂壽命的因素，實(shí)現(xiàn)了減少輪對(duì)軸承維護(hù)次數(shù)的目標(biāo)。
該項(xiàng)研發(fā)工作從潤(rùn)滑脂本身開始。 斯凱孚鐵路部門的高級(jí)應(yīng)用工程師Jan Babka解釋說(shuō)：“為提高潤(rùn)滑脂性能并延長(zhǎng)其使用壽命，必須對(duì)基礎(chǔ)油從增稠劑中淅出的速度進(jìn)行平衡”。 如果油脂淅出太快，潤(rùn)滑脂很快就會(huì)耗盡，但是如果油脂淅出太慢，淅出的油將不足以隔離金屬表面”，為了找到Z適用于輪對(duì)軸承的潤(rùn)滑脂，斯凱孚與列車行業(yè)領(lǐng)先的潤(rùn)滑脂供應(yīng)商進(jìn)行了密切合作。
有了一個(gè)良好的開端之后，斯凱孚團(tuán)隊(duì)又研究了影響潤(rùn)滑脂壽命的其他因素。 Babka解釋說(shuō)， “影響潤(rùn)滑脂壽命的因素有很多，包括溫度、轉(zhuǎn)速、軸承尺寸、清潔度、機(jī)械攪動(dòng)、以及是否存在電流等。 對(duì)于列車輪對(duì)軸承而言，大多數(shù)特性取決于應(yīng)用本身，但我們可以對(duì)其中的三項(xiàng)施加影響，即：更平滑的表面、更低的運(yùn)行溫度與更高的強(qiáng)度。”
更平滑的表面
即使軸承滾動(dòng)面摸上去很光滑，它也不可能是平滑的。 表面粗糙度影響磨損和摩擦的程度。 降低磨損非常重要，因?yàn)槿魏蔚羧霛?rùn)滑脂中的金屬顆粒都會(huì)加速潤(rùn)滑脂氧化，從而縮短潤(rùn)滑脂壽命。 降低表面粗糙度引起的摩擦也非常重要，因?yàn)槟Σ習(xí)斐蓾?rùn)滑脂升溫，從而縮短潤(rùn)滑脂壽命。 因此，斯凱孚對(duì)輪對(duì)軸承的表面精加工工藝進(jìn)行了改良。
更低的運(yùn)行溫度
為了控制潤(rùn)滑脂溫度，斯凱孚必須利用其在滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)。 Babka解釋說(shuō)，“根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行溫度每增加15°C，潤(rùn)滑脂的使用壽命就會(huì)縮短一半。” “導(dǎo)致潤(rùn)滑脂溫度升高的主要原因是軸承內(nèi)部的摩擦。“ 因此，找到一種既可以降低摩擦又不會(huì)對(duì)軸承本身的強(qiáng)度和運(yùn)行壽命產(chǎn)生不利影響的方法是工程師面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
斯凱孚的工程師給出的解決方案是，對(duì)軸承幾何形狀進(jìn)行細(xì)微改變，以優(yōu)化滾子和滾道的接觸長(zhǎng)度。 接觸長(zhǎng)度很大時(shí)會(huì)提高軸承的承載能力，但同時(shí)也會(huì)增大摩擦，縮短潤(rùn)滑脂壽命。 因此，關(guān)鍵是要找到適用于軸承及其工作條件的Z佳幾何形狀。 斯凱孚的測(cè)試證明，在正常運(yùn)行工況下，典型的130x240圓錐滾子軸承單元可使?jié)L動(dòng)摩擦減小30%，溫度降低10°C 。
更高的強(qiáng)度
為確保即使在潤(rùn)滑脂使用壽命快要到期時(shí)（此時(shí)磨損可能會(huì)成為一個(gè)重大問(wèn)題）軸承也不會(huì)失效，斯凱孚在制造軸承套圈時(shí)采用了其獲得專利的Xbite熱處理工藝。 利用Xbite熱處理工藝，可以獲得超強(qiáng)貝氏體鋼，其硬度與傳統(tǒng)的馬氏體鋼相同，但其耐磨損性能更好且疲勞壽命更長(zhǎng)。 此外，貝氏體鋼還具有更高的耐磨性和更慢的裂紋擴(kuò)展性能。
目前，斯凱孚現(xiàn)正在生產(chǎn)一系列普通尺寸的新型圓錐滾子軸承單元。 歐洲一家主要的鐵路運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)將適用于運(yùn)行速度為160-250 kph的列車的圓錐滾子軸承單元投入運(yùn)行。 這是否就是列車輪對(duì)軸承技術(shù)研發(fā)的終點(diǎn)了呢？ Babka并不這么認(rèn)為， 他表示，“170萬(wàn)公里的運(yùn)行距離是目前的行業(yè)要求，但是毫無(wú)疑問(wèn)，SKF將會(huì)繼續(xù)探索延長(zhǎng)部件壽命、降低維護(hù)需求的方法。 在其它鐵路應(yīng)用（例如牽引電機(jī)）中，我們已經(jīng)利用其他方法來(lái)延長(zhǎng)潤(rùn)滑脂的壽命，例如，通過(guò)使用混合陶瓷軸承。 盡管目前來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于大型軸承來(lái)說(shuō)成本太高，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，我們非常有可能制造出維護(hù)周期長(zhǎng)達(dá)300萬(wàn)公里的軸承。”
瑞典斯凱孚
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