錢科元，楊 陽(yáng)，吳柯江，溫炎豐

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 城軌轉(zhuǎn)向架軸承

城軌車輛轉(zhuǎn)向架上的軸承主要分布在轉(zhuǎn)向架軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件上。軸箱軸承一般選用雙列圓錐滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承兩種類型[1]，其內(nèi)圈和車軸相連，外圈固定在軸箱上。齒輪箱軸承分為輸入端軸承和輸出端軸承，齒輪箱軸承會(huì)同時(shí)承受徑向力和軸向力[2]，其輸入端為高速端，通常采用一對(duì)圓錐滾子軸承，或者采用一對(duì)承受徑向力的圓柱滾子軸承和承受軸向力的四點(diǎn)球軸承[3]；輸出端為低速端，通常采用一對(duì)圓錐滾子軸承，分布在大齒輪的兩側(cè)。電機(jī)軸承是電機(jī)的重要部件，它具有支撐電機(jī)軸和引導(dǎo)其旋轉(zhuǎn)的功能，城軌轉(zhuǎn)向架電機(jī)軸承通常采用滾動(dòng)軸承[4]。軸箱和齒輪箱實(shí)物如圖1所示。

圖1 軸箱和齒輪箱實(shí)物圖

2 維修制度及方式

維修制度是軸承維修過(guò)程中制定維修等級(jí)、維修種類、維修計(jì)劃、維修方式、維修組織以及維修考核指標(biāo)等的統(tǒng)稱。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，軸承診斷方式呈現(xiàn)多樣化、自動(dòng)化以及智能化。軸承故障診斷的方式、維修方式以及考核指標(biāo)均會(huì)發(fā)生改變，因此，維修制度也隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展在不斷地完善。

縱觀國(guó)內(nèi)外維修制度，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。

第一個(gè)階段：20世紀(jì)40年代以前，設(shè)備較為簡(jiǎn)單、運(yùn)行工況單一、設(shè)備故障容易排查，此時(shí)設(shè)備維修只在發(fā)生故障后才會(huì)開(kāi)展，這種維修制度稱為事后維修制度，由于此種維修制度過(guò)于簡(jiǎn)單，更是一種維修方式。

第二個(gè)階段：20世紀(jì)40年代以后，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障呈現(xiàn)一定的規(guī)律(故障規(guī)律符合浴盆曲線變化規(guī)律)，通過(guò)制定合理的維修計(jì)劃，能夠顯著減少設(shè)備故障的發(fā)生。人們通過(guò)制定大中小修各級(jí)修程，并規(guī)定各級(jí)修程的作業(yè)內(nèi)容、考核指標(biāo)等，在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行維修，使設(shè)備保持良好的工作狀態(tài)。這種預(yù)防維修制度的關(guān)鍵是掌握設(shè)備壽命的分布規(guī)律，確定合理的維修周期。這種依據(jù)修程指導(dǎo)設(shè)備維修的方式稱為定時(shí)維修。

第三個(gè)階段：20世紀(jì)60年代以后，研究人員發(fā)現(xiàn)，并不是經(jīng)常維修就能確保設(shè)備的良好狀態(tài)，相反設(shè)備拆卸過(guò)于頻繁，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)變差，甚至?xí)霈F(xiàn)更多的故障。對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備，其故障率曲線型式多樣、復(fù)雜，并不是浴盆曲線?；诖朔N現(xiàn)象，研究人員提出了“以可靠性為中心”的維修制度，近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、故障診斷、工程經(jīng)濟(jì)等技術(shù)的發(fā)展，該制度逐漸完善成“可信性維修”[5]?！翱尚判跃S修”不僅包含設(shè)備可靠性，還包含可用性、維修性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面，讓這種維修方式(事后維修、定時(shí)維修、狀態(tài)維修)“各到其位”“各盡其能”。這種維修制度稱為“以可信性為中心”的維修制度。

值得說(shuō)明的是，狀態(tài)維修是通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集設(shè)備技術(shù)狀態(tài)參數(shù)，制定設(shè)備維修時(shí)機(jī)及維護(hù)內(nèi)容的一種維修方式。它與事后維修、定時(shí)維修各有優(yōu)缺點(diǎn)，并沒(méi)有先進(jìn)落后之分，并各有其適用范圍。三種維修方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 三種維修方式優(yōu)缺點(diǎn)分析

城軌軸承作為轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，一旦發(fā)生故障將有可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此事后維修方式將不適用于城軌軸承維護(hù)，城軌軸承維護(hù)應(yīng)采用定時(shí)維修和狀態(tài)維修兩種方式，充分利用這兩種維修方式的優(yōu)點(diǎn)。

3 我國(guó)軸承維護(hù)現(xiàn)狀

3.1 城軌車輛軸承維修修程

軸承作為地鐵車輛的關(guān)鍵零部件，對(duì)其定期進(jìn)行故障排查和維護(hù)是必要的，因此地鐵車輛的每級(jí)修程都會(huì)重點(diǎn)對(duì)軸承進(jìn)行檢查，只是每級(jí)修程軸承的維護(hù)內(nèi)容及維修方式存在一定的差異。本文參照某地鐵公司地鐵車輛的維護(hù)修程確定軸承的維護(hù)修程。軸承維護(hù)修程如表2所示。

表2 地鐵車輛軸承維護(hù)修程

3.2 城軌車輛軸承維護(hù)方法

3.2.1 人工維護(hù)

(1)每日接車時(shí)，維護(hù)人員聽(tīng)車輛走行是否存在異響，若有異響將重點(diǎn)對(duì)發(fā)出異響的部位進(jìn)行故障排查。

(2)車輛進(jìn)庫(kù)整備后，由維護(hù)人員查看軸箱軸承上的軸溫試紙，若軸溫試紙變色，就拆開(kāi)軸箱蓋對(duì)軸承進(jìn)行細(xì)致檢查。重點(diǎn)檢查齒輪箱是否漏油，并通過(guò)齒輪箱上油液觀察孔查看油液是否異常。

(3)均衡修時(shí)，維護(hù)人員拆開(kāi)軸箱蓋，觀察潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的狀態(tài)，若潤(rùn)滑油脂出現(xiàn)乳化、變色等現(xiàn)象，則更換潤(rùn)滑油；若需要更換軸承，則需要將轉(zhuǎn)向架推出，拆分轉(zhuǎn)向架，并對(duì)軸承進(jìn)行更換。

(4)對(duì)于大、架修修程，運(yùn)營(yíng)公司會(huì)將軸承集中送至軸承廠家或?qū)ｉT的檢測(cè)機(jī)構(gòu)(送檢成本3 000元/個(gè)～4 000元/個(gè))，讓軸承廠家進(jìn)行修理，對(duì)于無(wú)法修復(fù)的軸承將考慮直接報(bào)廢。像電機(jī)軸承由于存在電腐蝕的原因，通常在架修時(shí)會(huì)將其進(jìn)行更換；對(duì)于齒輪箱內(nèi)的軸承，會(huì)結(jié)合齒輪箱的工作狀態(tài)，對(duì)于狀態(tài)良好的齒輪箱，其軸承可在大修修程時(shí)再更換。

3.2.2 監(jiān)測(cè)設(shè)備輔助人工維護(hù)

(1)地面診斷系統(tǒng)：在車輛段出入段線軌旁處設(shè)置有地面故障診斷系統(tǒng)，當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，該系統(tǒng)能夠采集到振動(dòng)、溫度以及圖像等信息，并將這些信息上傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備上，通過(guò)故障診斷系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理與分析，可為維護(hù)人員提供維護(hù)指令或者警示，為車輛軸承的運(yùn)用和維修提供重要決策依據(jù)。

(2)車載診斷系統(tǒng)：目前國(guó)內(nèi)部分地鐵列車上安裝有車載診斷系統(tǒng)，整個(gè)診斷系統(tǒng)大致可分為3級(jí)，即列車診斷主機(jī)、車輛診斷分機(jī)和設(shè)備診斷單元。車載診斷系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

1-列車診斷主機(jī)；2-車輛診斷分機(jī)；3-設(shè)備診斷單元；4-顯示裝置；5-人機(jī)接口；6-列車通信總線；7-車輛通信總線

設(shè)備診斷單元將所檢測(cè)到的振動(dòng)、溫度信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)車輛通信總線傳輸至車輛診斷分機(jī)，經(jīng)過(guò)車輛診斷分機(jī)分析處理后經(jīng)列車通訊總線，將診斷結(jié)果上傳至列車診斷主機(jī)，列車診斷主機(jī)可將診斷結(jié)果傳至地面終端設(shè)備，為維護(hù)人員運(yùn)用維護(hù)提供決策依據(jù)。

3.3 維護(hù)效果

近些年來(lái)，各大城市運(yùn)營(yíng)方都非常重視軸承的維護(hù)及狀態(tài)監(jiān)測(cè)，未出現(xiàn)因軸承故障造成的嚴(yán)重事故?，F(xiàn)有定期檢查人工維護(hù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備輔助人工維護(hù)措施基本能夠滿足運(yùn)營(yíng)需求。

不過(guò)，我國(guó)城軌車輛軸承維護(hù)方式主要還是依靠人工定期檢查，智能診斷設(shè)備僅作為維護(hù)的輔助工具，大部分設(shè)備僅能做到定性分析，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的定量診斷，人工作業(yè)量仍然較大。由于監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的軸承技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)未能得到充分利用，目前仍還缺乏根據(jù)這些數(shù)據(jù)優(yōu)化軸承維護(hù)修程、制定合理的運(yùn)用維護(hù)方案的措施，因此軸承成本開(kāi)支仍然較高。

4 總結(jié)及展望

我國(guó)城軌車輛軸承的維修方式為“定期維修為主、狀態(tài)維修為輔”的復(fù)合維修方式，采用監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)掌握軸承運(yùn)行的狀態(tài)，一定程度上彌補(bǔ)了人工維護(hù)的不足，有助于發(fā)現(xiàn)人工維護(hù)不易發(fā)現(xiàn)的早期故障，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，并能夠在一定程度上減少人工作業(yè)量，減少日常維護(hù)人員夜間作業(yè)時(shí)間。但“定期修、狀態(tài)修”兩種維修方式，還未做到“各到其位”“各盡其能”，對(duì)軸承故障維修時(shí)機(jī)的把握以及開(kāi)展針對(duì)性的維修仍存在不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，提出如下建議：

(1)開(kāi)展軸承故障診斷定量分析的理論方法、試驗(yàn)研究，重點(diǎn)是不同軸承故障狀態(tài)下、運(yùn)行工況下的軸承壽命預(yù)測(cè)。

(2)充分利用軸承監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期積累的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合“可信性維修”的新理念，從可信性系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件開(kāi)展故障模式、影響及其危害度分析(FMECA)，制定出合理的維修計(jì)劃，進(jìn)行針對(duì)性的維修。

(3)開(kāi)展軸箱、齒輪箱、電機(jī)等關(guān)鍵部件的全壽命周期費(fèi)用分析(LCC)，掌握軸箱、齒輪箱、電機(jī)等系統(tǒng)可靠性和周期費(fèi)用之間的關(guān)系。

(4)搭建運(yùn)維信息化、自動(dòng)化平臺(tái)，將上述軸承壽命分析、FMECA、LCC等分析成果作為制定合理的軸承運(yùn)用維護(hù)方案的重要依據(jù)，并結(jié)合軸承技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)情況，自動(dòng)確定軸承故障部位、故障類型、建議維修措施等內(nèi)容，指導(dǎo)智能運(yùn)維工作的開(kāi)展。