——論我國(guó)高速動(dòng)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(guó)高速動(dòng)車組列車已國(guó)產(chǎn)化，但其軸箱軸承仍全部依賴進(jìn)口。高速動(dòng)車組軸箱軸承自主化已成為國(guó)家重視、社會(huì)關(guān)注的國(guó)之大者。自2007年以來(lái)，國(guó)家有關(guān)部委，特別是國(guó)鐵集團(tuán)（原中國(guó)鐵路總公司）組織實(shí)施了一系列高速動(dòng)車組軸箱軸承的研發(fā)和創(chuàng)新項(xiàng)目，不斷推進(jìn)高速動(dòng)車組軸箱軸承自主化的進(jìn)程，已經(jīng)取得了一系列重要成果，我國(guó)高速動(dòng)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(jiǎn)要論述。

一、我國(guó)高速動(dòng)車組軸箱軸承自主化取得重要進(jìn)展

（一）高速動(dòng)車組軸箱軸承國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用的準(zhǔn)入程序

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

1、科研程序

按鐵總科技[2014]68號(hào)文《中國(guó)鐵路總公司科技成果評(píng)價(jià)管理辦法》的規(guī)定進(jìn)行（近年，對(duì)其中試用考核加嚴(yán)了要求）。

（1）立項(xiàng)：由國(guó)鐵集團(tuán)科信部正式立項(xiàng)。

（2）技術(shù)方案評(píng)審：對(duì)經(jīng)過充分研發(fā)形成的技術(shù)方案（設(shè)計(jì)圖紙）、技術(shù)條件（標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行評(píng)審。

（3）試用（試驗(yàn)）評(píng)審：對(duì)通過技術(shù)方案評(píng)審后試制的樣品進(jìn)行尺寸檢測(cè)、理化檢驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)（包括80萬(wàn)公里耐久性試驗(yàn)），對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審。

（4）試用考核：對(duì)通過試用評(píng)審的產(chǎn)品，在非載客的高速動(dòng)車組綜合檢測(cè)車上進(jìn)行運(yùn)行試用考核。

（5）技術(shù)評(píng)審：通過試用考核后，進(jìn)行技術(shù)評(píng)審。

2、認(rèn)證程序

通過科研程序的技術(shù)評(píng)審后，可進(jìn)入產(chǎn)品認(rèn)證程序（CRCC認(rèn)證程序）。

認(rèn)證程序按鐵總科技[2014]135號(hào)文《中國(guó)鐵路總公司鐵路專用產(chǎn)品認(rèn)證管理辦法》進(jìn)行。

（1）對(duì)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行檢查。

（2）由具備計(jì)量認(rèn)證（CMA）資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢測(cè)試驗(yàn)。

（3）專家綜合評(píng)價(jià)。

綜合評(píng)價(jià)通過后發(fā)放鐵路產(chǎn)品認(rèn)證證書，產(chǎn)品裝車應(yīng)用方正式準(zhǔn)入。

（二）我國(guó)高速動(dòng)車組軸箱軸承自主化邁出重要的步伐

2016年，國(guó)鐵集團(tuán)啟動(dòng)了由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院牽頭實(shí)施的“高速動(dòng)車組軸箱軸承關(guān)鍵技術(shù)研究”重大專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱“重大專項(xiàng)”），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(rùn)滑油、隆軒橡塑、南京利德東方等17個(gè)單位為項(xiàng)目組成員單位。

自2016年起，重大專項(xiàng)項(xiàng)目組充分運(yùn)用自2007年以來(lái)國(guó)家有關(guān)部委組織實(shí)施的十幾項(xiàng)有關(guān)高鐵軸承的研發(fā)和創(chuàng)新項(xiàng)目的成果，對(duì)高速動(dòng)車組軸箱軸承的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了全面的研究和相應(yīng)的型式試驗(yàn)。進(jìn)行了時(shí)速250公里復(fù)興號(hào)高速動(dòng)車組軸箱軸承的仿真設(shè)計(jì)、樣品試制。并應(yīng)用鐵科院新近引進(jìn)的世界一流的試驗(yàn)機(jī)對(duì)洛軸、瓦軸試制的時(shí)速250公里復(fù)興號(hào)高速動(dòng)車組軸箱軸承進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。2018年9月，順利通過了80萬(wàn)公里耐久性試驗(yàn)考核。同時(shí)，對(duì)時(shí)速350公里復(fù)興號(hào)，時(shí)速250公里、350公里和諧號(hào)高速動(dòng)車組軸箱軸承進(jìn)行了研發(fā)。

重大專項(xiàng)項(xiàng)目組的工作，為我國(guó)自主化高速動(dòng)車組軸箱軸承進(jìn)入裝車應(yīng)用的準(zhǔn)入程序（科研程序、認(rèn)證程序）打下了良好的基礎(chǔ)。

2022年1月5日，國(guó)鐵集團(tuán)科信部組織召開了對(duì)重大專項(xiàng)項(xiàng)目組組織研發(fā)的時(shí)速250公里CR300復(fù)興號(hào)動(dòng)車組自主化軸箱軸承的試用評(píng)審會(huì)，時(shí)速250公里、350公里的CR400復(fù)興號(hào)和CRH2A、CRH380A、CRH380B和諧號(hào)動(dòng)車組自主化軸箱軸承的技術(shù)方案評(píng)審會(huì)。

會(huì)上，洛軸、瓦軸研制的時(shí)速250公里CR300復(fù)興號(hào)動(dòng)車組軸箱軸承通過了專家委員會(huì)的試用評(píng)審。鐵科院金化所的“動(dòng)車組軸箱軸承總體技術(shù)方案”、洛軸的“CR400動(dòng)車組軸箱軸承技術(shù)方案”、瓦軸的“CRH2A、CRH380A 動(dòng)車組軸箱軸承技術(shù)方案”和中浙高鐵的“CRH380B動(dòng)車組軸箱軸承技術(shù)方案”通過了專家委員會(huì)的技術(shù)方案評(píng)審，此后，可以按技術(shù)方案進(jìn)行樣品試制，樣品試制出來(lái)后進(jìn)行各項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)和80萬(wàn)公里耐久性臺(tái)架試驗(yàn)，各項(xiàng)檢測(cè)和試驗(yàn)通過后可進(jìn)行試用評(píng)審。通過試用評(píng)審后，即可在綜合檢測(cè)車上裝車試用考核。

在本次會(huì)議上，國(guó)鐵集團(tuán)科信部作出了自主化高速動(dòng)車組軸箱軸承在高速動(dòng)車組綜合檢測(cè)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(shí)間，加快高速動(dòng)車組軸箱軸承自主化的進(jìn)程。

二、我國(guó)高速動(dòng)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(jì)

我國(guó)鐵路運(yùn)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(fēng)沙（蘭州-烏魯木齊）環(huán)境對(duì)高鐵車輛提出更高的要求，也使得作為 鐵路車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)核心部件—軸承的服役條件變得尤為苛刻。

國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)采集并編制了符合我國(guó)國(guó)情和高鐵實(shí)際運(yùn)行工況的高速動(dòng)車組軸承載荷譜，參考進(jìn)口軸承應(yīng)用情況的分析資料和進(jìn)口軸承在我國(guó)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(xué)仿真分析、產(chǎn)品數(shù)字化建模；采取正向設(shè)計(jì)與逆向設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，進(jìn)行產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括套圈和滾動(dòng)體工作表面凸度修型、滾動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

（2）鋼材

研發(fā)了制造高速動(dòng)車組軸箱軸承內(nèi)外圈的滲碳軸承鋼DZC1，其技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)于GB/T3203-2016《滲碳軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。研發(fā)了制造高速動(dòng)車組軸箱軸承滾子的高碳鉻軸承鋼DZC2，其技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)于GB/T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

（3）保持架

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

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(dòng)量、旋轉(zhuǎn)靈活性力求最優(yōu)化。進(jìn)行了保持架的力學(xué)性能和疲勞性能的型式試驗(yàn)。

（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(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、密度、撕裂強(qiáng)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(rùn)滑脂介質(zhì)性能均達(dá)到優(yōu)質(zhì)技術(shù)性能指標(biāo)。

研發(fā)設(shè)計(jì)了低摩擦力矩、防水防塵防漏脂、低溫升、利于潤(rùn)滑脂循環(huán)潤(rùn)滑的密封結(jié)構(gòu)。同時(shí)，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(jìn)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(yàn)。

（5）潤(rùn)滑脂

在摩擦學(xué)研究的基礎(chǔ)上，研究了軸承潤(rùn)滑狀態(tài)、油膜厚度、接觸區(qū)域演化、摩擦磨損的動(dòng)態(tài)行為規(guī)律，研發(fā)了適用于高速動(dòng)車組軸承的高效潤(rùn)滑脂，提供了保證軸承安全運(yùn)行的潤(rùn)滑條件。研發(fā)的潤(rùn)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(rùn)滑脂的工作錐入度、滴點(diǎn)、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(diǎn)、基礎(chǔ)油凝點(diǎn)等技術(shù)要求力求最優(yōu)化。進(jìn)行了潤(rùn)滑脂的機(jī)械穩(wěn)定性、臺(tái)架熱性能、加速老化耐久性、FAG FE8抗磨性能、FAG FE9臺(tái)架壽命、低溫性能、常規(guī)理化性能等型式試驗(yàn)。

（6）臺(tái)架試驗(yàn)

設(shè)計(jì)制造了高速動(dòng)車組軸箱軸承耐久性試驗(yàn)臺(tái)、防水密封試驗(yàn)臺(tái)、防塵密封試驗(yàn)臺(tái)和綜合性能試驗(yàn)臺(tái)，編制了相應(yīng)的試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，按規(guī)范對(duì)試制的高速動(dòng)車組軸箱軸承樣品進(jìn)行了耐久性試驗(yàn)、防水密封試驗(yàn)、防塵密封試驗(yàn)和綜合性能試驗(yàn)。近年來(lái)我國(guó)高速動(dòng)車組軸箱軸承耐久性臺(tái)架試驗(yàn)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(dòng)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(guó)內(nèi)高速動(dòng)車組軸箱軸承的需求量。示范生產(chǎn)線達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。關(guān)鍵工序采用了國(guó)際上最先進(jìn)的設(shè)備，如意大利NOVA公司的套圈磨加工設(shè)備、德國(guó)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(dòng)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(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平：

•精度P4級(jí)

•軸重