舍弗勒大中华区

黄星，徐镜峰，张建昌，周国

【摘　要】本文介绍了国内高速动车组轴箱轴承特点及其运用挑战，总结了中国高速动车组列车在维修周期间隔延长，运营速度提升至400km/h或更高及更高的运营安全和可靠性方面的需求。基于这些市场需求，以舍弗勒集团技术发展和创新方向，提出了轴箱轴承的4个优化方向，希望能对轴承行业的同行起到一定的参考和借鉴作用。

【关键词】时速400公里；免维护；市场需求；研发方向

0　前言

中国高铁经历了全面引进并消化吸收加拿大庞巴迪、日本川崎重工、法国阿尔斯通、德国西门子的高铁技术的过程，并在此基础上进行自主创新和自主研发，成功开发出了世界的高铁动车组技术平台。

2017年6月我国自主研发、具有自主知识产权、运营时速达350km的中国标准动车组“复兴号”诞生。仅仅时隔一年半，覆盖时速160km的CR200、时速250km的CR300和时速350km的CR400全营运速度等级的“复兴号”家族全面上线，在整体技术指标上，“复兴号”动车组保持着水平，未来将逐渐接替以前的各种动车组。自2005年中国高铁动车组研制生产起至今，复兴号的诞生是中国高铁创新发展之路的一个缩影。伴随着高速铁路的快速发展，对高速动车组的性能要求也越来越高，时速400km及更高的高铁车辆研发势在必行。轴箱轴承作为列车走行部件中Z重要、Z关键的核心部件，直接关系到车辆的运行安全，对其研究具有重大的意义[1-2]。

轴箱轴承是高速动车组的重要组成部件之一，实现轮对高速旋转运行的同时需承受整个车辆的车体重量及载重，还需承受运行中车辆摇摆产生的各个方向的力。除了承受静态及动态径向载荷外，还承受非恒定的轴向载荷。如CRH380A型车，单个轴箱轴承径向载荷约90kN，轴向载荷约20kN。轴箱轴承的可靠性对列车安全运行起着至关重要的作用。目前世界上应用于高速动车组领域的轴箱轴承主要有圆锥滚子轴承（如图1所示）和圆柱滚子轴承（如图2所示）。圆柱滚子轴承曾在德国 ICE、日本新干线等速度 300 km/h以下的动车组上应用，而我国 CRH 系列高速动车组轴箱轴承前期均采用圆锥滚子轴承，从 2009 年起通过 4年的圆柱滚子轴承研制开发、试验验证，于 2013 年开始实现在我国 CRH 系列高速动车组上批量应用[3]。表1为两种轴箱轴承的特点，圆柱滚子轴承单元除轴向承载能力一般外，在径向承载能力、极限转速、保持润滑能力和摩擦与温升方面均优于圆锥滚子轴承单元。

*1在相同轴承尺寸下，圆柱滚子轴承额定静载荷比圆锥滚子轴承高10%以上。

*2圆锥滚子轴承是靠其具有一定压力角的滚子承受轴向力，套圈的挡边仅承受约20% 的轴向力，而圆柱滚子轴承则依靠套圈的挡边承受全部的轴向力。

*3圆柱滚子轴承的内部结构决定了其自转与公转的一致性，其内部摩擦小于圆锥滚子轴承，因此圆柱滚子轴承能够达到更高的转速，其温升也更小。

*4圆柱滚子轴承由于其对称结构关系而不会产生“泵吸效应”，高速运转过程中润滑脂不会从轴承中部被推向两侧密封处，因此具有较好的润滑脂保持能力。

1　中国高速动车组轴箱轴承的特点

目前，中国高铁动车组轴箱轴承全部为进口，主要由瑞典的斯凯孚（SKF）、德国的舍弗勒（FAG）、日本的恩斯克（NSK）和恩梯恩（NTN）供应。这些公司都对高速铁路用轴承进行了非常系统的研究。表2为动车组轴箱轴承在阶段技术引进，第二阶段部分自主创新，第三阶段自主创新、自主设计研发制造的具体配置情况。

在轴承的结构设计方面，SKF公司将有限元解析方法FEM运用到轴箱轴承设计中，开发出紧凑型圆锥滚子轴承组件TBU，组件内还装有监测速度及轴承状态的传感器[5]；类似的结构设计还包括FAG公司的TAROL轴承[6]及NSK的UNIT轴承。在保持架方面，FAG公司开发的圆柱滚子轴承CRBU，其保持架选用聚酰胺材料，与层状环形结构的密封紧密配合，并使用添加了极压添加剂的特种锂皂润滑脂，使其使用寿命可达到3000000km[7]；NTN公司采用保持架运动动态分析和*的有限元分析设计方法开发出的塑料保持架，寿命达到普通材料的3倍以上[7]。在材料方面，目前国外对夹杂物均匀化技术（IQ钢）、超高纯轴承钢（EP钢）的真空脱气冶炼技术、超长寿命钢技术（TF钢）进行系统深入的研究，提高了轴承钢的使用寿命[8]。在润滑与密封方面，SKF公司开发的紧凑型圆锥滚子轴承带有内置式轻接触密封，其以低摩擦橡胶密封的机理为基础，将迷宫式密封、唇形密封、抛油板零件组合使用，可靠地隔离了污染，实现了润滑脂的长寿命化与节能。轴承设计中取消了密封座和衬垫，密封件内置于轴承内、外圈中