——論我國高速動車組軸箱軸承自主化取得的成果和尚需解決的問題

作者：何加群

我國高速動車組列車已國產(chǎn)化，但其軸箱軸承仍全部依賴進口。高速動車組軸箱軸承自主化已成為國家重視、社會關(guān)注的國之大者。自2007年以來，國家有關(guān)部委，特別是國鐵集團（原中國鐵路總公司）組織實施了一系列高速動車組軸箱軸承的研發(fā)和創(chuàng)新項目，不斷推進高速動車組軸箱軸承自主化的進程，已經(jīng)取得了一系列重要成果，我國高速動車組軸箱軸承自主化初見曙光。但是，還有一些問題有待解決。本文就此作一簡要論述。

一、我國高速動車組軸箱軸承自主化取得重要進展

（一）高速動車組軸箱軸承國產(chǎn)化應(yīng)用的準入程序

高速動車組軸箱軸承作為一種安全性要求很高的產(chǎn)品，國產(chǎn)化應(yīng)用須經(jīng)過兩項程序：科研程序和認證程序。

1、科研程序

按鐵總科技[2014]68號文《中國鐵路總公司科技成果評價管理辦法》的規(guī)定進行（近年，對其中試用考核加嚴了要求）。

（1）立項：由國鐵集團科信部正式立項。

（2）技術(shù)方案評審：對經(jīng)過充分研發(fā)形成的技術(shù)方案（設(shè)計圖紙）、技術(shù)條件（標準）進行評審。

（3）試用（試驗）評審：對通過技術(shù)方案評審后試制的樣品進行尺寸檢測、理化檢驗、臺架試驗（包括80萬公里耐久性試驗），對各項檢測和試驗結(jié)果進行評審。

（4）試用考核：對通過試用評審的產(chǎn)品，在非載客的高速動車組綜合檢測車上進行運行試用考核。

（5）技術(shù)評審：通過試用考核后，進行技術(shù)評審。

2、認證程序

通過科研程序的技術(shù)評審后，可進入產(chǎn)品認證程序（CRCC認證程序）。

認證程序按鐵總科技[2014]135號文《中國鐵路總公司鐵路專用產(chǎn)品認證管理辦法》進行。

（1）對生產(chǎn)企業(yè)進行檢查。

（2）由具備計量認證（CMA）資質(zhì)的檢測機構(gòu)對現(xiàn)場產(chǎn)品進行抽樣檢測試驗。

（3）專家綜合評價。

綜合評價通過后發(fā)放鐵路產(chǎn)品認證證書，產(chǎn)品裝車應(yīng)用方正式準入。

（二）我國高速動車組軸箱軸承自主化邁出重要的步伐

2016年，國鐵集團啟動了由中國鐵道科學研究院牽頭實施的“高速動車組軸箱軸承關(guān)鍵技術(shù)研究”重大專項（以下簡稱“重大專項”），洛軸、瓦軸、洛軸所（后改為中浙高鐵）、河科大、四方所、興澄鋼廠、撫順鋼廠、中石化天津潤滑油、隆軒橡塑、南京利德東方等17個單位為項目組成員單位。

自2016年起，重大專項項目組充分運用自2007年以來國家有關(guān)部委組織實施的十幾項有關(guān)高鐵軸承的研發(fā)和創(chuàng)新項目的成果，對高速動車組軸箱軸承的各項技術(shù)進行了全面的研究和相應(yīng)的型式試驗。進行了時速250公里復(fù)興號高速動車組軸箱軸承的仿真設(shè)計、樣品試制。并應(yīng)用鐵科院新近引進的世界一流的試驗機對洛軸、瓦軸試制的時速250公里復(fù)興號高速動車組軸箱軸承進行耐久性試驗。2018年9月，順利通過了80萬公里耐久性試驗考核。同時，對時速350公里復(fù)興號，時速250公里、350公里和諧號高速動車組軸箱軸承進行了研發(fā)。

重大專項項目組的工作，為我國自主化高速動車組軸箱軸承進入裝車應(yīng)用的準入程序（科研程序、認證程序）打下了良好的基礎(chǔ)。

2022年1月5日，國鐵集團科信部組織召開了對重大專項項目組組織研發(fā)的時速250公里CR300復(fù)興號動車組自主化軸箱軸承的試用評審會，時速250公里、350公里的CR400復(fù)興號和CRH2A、CRH380A、CRH380B和諧號動車組自主化軸箱軸承的技術(shù)方案評審會。

會上，洛軸、瓦軸研制的時速250公里CR300復(fù)興號動車組軸箱軸承通過了專家委員會的試用評審。鐵科院金化所的“動車組軸箱軸承總體技術(shù)方案”、洛軸的“CR400動車組軸箱軸承技術(shù)方案”、瓦軸的“CRH2A、CRH380A 動車組軸箱軸承技術(shù)方案”和中浙高鐵的“CRH380B動車組軸箱軸承技術(shù)方案”通過了專家委員會的技術(shù)方案評審，此后，可以按技術(shù)方案進行樣品試制，樣品試制出來后進行各項檢測試驗和80萬公里耐久性臺架試驗，各項檢測和試驗通過后可進行試用評審。通過試用評審后，即可在綜合檢測車上裝車試用考核。

在本次會議上，國鐵集團科信部作出了自主化高速動車組軸箱軸承在高速動車組綜合檢測車上裝車試用考核周期的新規(guī)定。新規(guī)定將大大縮短裝車試用考核時間，加快高速動車組軸箱軸承自主化的進程。

二、我國高速動車組軸箱軸承自主化取得的成果

（一）研發(fā)和創(chuàng)新成果

1、技術(shù)上的突破

（1）產(chǎn)品設(shè)計

我國鐵路運行環(huán)境復(fù)雜，東西南北環(huán)境差異大，濕熱（北京-廣州）、低溫（哈爾濱-大連）、風沙（蘭州-烏魯木齊）環(huán)境對高鐵車輛提出更高的要求，也使得作為 鐵路車輛驅(qū)動系統(tǒng)核心部件—軸承的服役條件變得尤為苛刻。

國內(nèi)有關(guān)企業(yè)采集并編制了符合我國國情和高鐵實際運行工況的高速動車組軸承載荷譜，參考進口軸承應(yīng)用情況的分析資料和進口軸承在我國高鐵使用中發(fā)生故障的軸承的失效模式的分析結(jié)果，開展靜力學仿真分析、產(chǎn)品數(shù)字化建模；采取正向設(shè)計與逆向設(shè)計相結(jié)合的方式，進行產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，包括套圈和滾動體工作表面凸度修型、滾動體球基面與擋邊接觸狀態(tài)、各工作表面硬度和粗糙度匹配等，以最大限度地降低應(yīng)力集中，減少高風險點。

（2）鋼材

研發(fā)了制造高速動車組軸箱軸承內(nèi)外圈的滲碳軸承鋼DZC1，其技術(shù)指標相當于GB/T3203-2016《滲碳軸承鋼》標準規(guī)定的高級優(yōu)質(zhì)鋼。研發(fā)了制造高速動車組軸箱軸承滾子的高碳鉻軸承鋼DZC2，其技術(shù)指標相當于GB/T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》標準規(guī)定的特級優(yōu)質(zhì)鋼。

（3）保持架

研制了采用25%玻璃纖維增強聚酰胺66制造的保持架，具有強度高、抗沖擊、摩擦系數(shù)低、自潤滑、安全應(yīng)急性能良好的特點。保持架材料的拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊強度、玻璃纖維含量、密度、熔點、紅外光譜、外觀及顏色均達到優(yōu)質(zhì)指標。

成品保持架的彎曲斷裂力、窗孔拉伸斷裂力、水含量及保持架外部尺寸和外觀、內(nèi)部質(zhì)量、徑向游動量、旋轉(zhuǎn)靈活性力求最優(yōu)化。進行了保持架的力學性能和疲勞性能的型式試驗。

（4）密封組成

研制了丁腈橡膠、鋼骨架的密封組成。開發(fā)了密封粘接性能良好、高低溫下性能穩(wěn)定的制造密封組成的膠料。膠料的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率、密度、撕裂強度、壓縮永久變形、回彈性、低溫回縮溫度、熱空氣老化性能、耐使用潤滑脂介質(zhì)性能均達到優(yōu)質(zhì)技術(shù)性能指標。

研發(fā)設(shè)計了低摩擦力矩、防水防塵防漏脂、低溫升、利于潤滑脂循環(huán)潤滑的密封結(jié)構(gòu)。同時，研究了橡膠的硫化粘接技術(shù)和金屬表面處理技術(shù)，保證了橡膠與金屬的粘接質(zhì)量，提高密封件的使用壽命。進行了研制的密封組成的防粉塵、密封材料性能、密封組成耐久性、密封組成噴泥水、密封組成高低溫扭矩等型式試驗。

（5）潤滑脂

在摩擦學研究的基礎(chǔ)上，研究了軸承潤滑狀態(tài)、油膜厚度、接觸區(qū)域演化、摩擦磨損的動態(tài)行為規(guī)律，研發(fā)了適用于高速動車組軸承的高效潤滑脂，提供了保證軸承安全運行的潤滑條件。研發(fā)的潤滑脂兼具高低溫性能，綜合性能良好。采用了多組分稠化劑、復(fù)配基礎(chǔ)油及多效添加劑。

研制的潤滑脂的工作錐入度、滴點、腐蝕及防腐蝕、鋼網(wǎng)分油、水分、蒸發(fā)量、水淋流失量、相似粘度、極壓性能、抗磨性能、氧化安定性、滾筒安定性、雜質(zhì)含量、橡膠相容性、基礎(chǔ)油黏度、基礎(chǔ)油苯胺點、基礎(chǔ)油凝點等技術(shù)要求力求最優(yōu)化。進行了潤滑脂的機械穩(wěn)定性、臺架熱性能、加速老化耐久性、FAG FE8抗磨性能、FAG FE9臺架壽命、低溫性能、常規(guī)理化性能等型式試驗。

（6）臺架試驗

設(shè)計制造了高速動車組軸箱軸承耐久性試驗臺、防水密封試驗臺、防塵密封試驗臺和綜合性能試驗臺，編制了相應(yīng)的試驗技術(shù)規(guī)范，按規(guī)范對試制的高速動車組軸箱軸承樣品進行了耐久性試驗、防水密封試驗、防塵密封試驗和綜合性能試驗。近年來我國高速動車組軸箱軸承耐久性臺架試驗情況見表1。

（7）示范生產(chǎn)線

洛軸、瓦軸、中浙高鐵投資近5億元，組建了高速動車組軸箱軸承示范生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力已超過國內(nèi)高速動車組軸箱軸承的需求量。示范生產(chǎn)線達到了國際先進水平。關(guān)鍵工序采用了國際上最先進的設(shè)備，如意大利NOVA公司的套圈磨加工設(shè)備、德國默德爾公司的滾子外圓磨加工設(shè)備、日本西部公司的滾子球基面磨床等。

2、產(chǎn)品水平

試制的自主化高速動車組軸箱軸承為自密封雙列圓錐滾子軸承。（如圖1）

由于以上技術(shù)上的突破，試制的產(chǎn)品技術(shù)指標達到國外同類產(chǎn)品的水平：

•精度P4級

•軸重