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摘 要：高铁动车组投入使用后，由于转向架在运行过程中存在质量问题导致常见故障和隐患的出现，外加运行过程中路面不可控事件、恶劣天气状况的发生，影响整个动车组的安全性。本文详细分析的动车组转向架构成并调研分析了青岛动车段动车组存在的常见故障，并对轴承故障进行了具体分析，提出了解决问题的部分建议。
关键词：高速动车组;转向架;轴承故障
0.前言
动车组转向架系统是动车组的关键部件，其维护效果与列车运行质量密切相关。转向架的重要性是不问可知的，其中一环的误差将对列车的运行质量产生重要影响，动车组的维修工作不仅要恢复相关性能，还要排除隐患，避免安全事故的发生。因此，在动车组列车的维修过程中，必须从根本上分析问题，找出问题，彻底解决问题，才能避免列车运行中的安全问题，保证乘务员和乘客的安全。
1.转向架系统方案
CR400AF动车组转向架采用两轴无支撑轻量化结构，采用模块化设计制造理论。采用液压踏面，采用 H 型焊架、单拉杆、盘式制动器等成熟结构。两级悬架，第一级悬架采用圆柱螺旋弹簧 + 垂直减震器，轮轴箱采用悬臂式定位;二次悬架采用空气弹簧，带高度调节阀和差压阀，安装侧向减振器、抗蛇形减振器和抗侧滚扭杆装置。电机转向架的牵引电机采用刚架悬挂结构，每个机架上配置两台反对称牵引电机。传动装置采用平行轴斜齿轮带动变速箱鼓齿联轴器。电机、拖车转向架采用三点悬挂式制动夹具。
2.转向架常见故障
2.1齿轮箱渗油故障
在转向架系统中与齿轮箱渗油故障比较常见，引起齿轮箱渗油的原因主要有两种，一种是动车在行驶过程中，因为齿轮箱比较闭塞，齿轮箱在运行时产生的大量热量不能有效分发出去，使得齿轮箱内油温升高、压力变大，储存在箱内的油液或油气从缝隙中渗出。二是在维修过程中，没有及时发现故障，或部分静动界面缺少密封装置，或采用了失当的密封程序，或润滑系统没有回到油路，或通风装置状况不佳，增加了油压，导致了渗漏[1]。
2.2制动装置故障
目前动车组大多采用空气制动，因此制动装置对动车组的运行有一定的影响，一旦制动故障可能造成动车组的耽搁，甚至导致动车组运行中的事故，危及人们的生命和财产。制动控制装置传动不良、制动夹具及控制装置故障、制动力不当、制动器释放不当、紧急制动器未及时复位都属于制动装置故障，当制动控制装置传动效果不好时，会影响制动力，传动效果与光接头连接插头是否松动有关[1]。
2.3轮对系统故障
动车组轮对的主要故障包括制动盘偏磨和车轮踏面损坏。制动盘偏磨的主要原因与制动钳有关车轮踏面损伤主要与道岔的情况和列车通过道岔时的速度有关。因此，有必要定期检查刹车片的状况，定期对刹车片进行踏面检查，并按照相关的维修标准更换或修理刹车片[1]。
2.4部件磕碰伤故障
由于线路、天气等外部因素的影响，动车组上的飞石有时会对车底或转向架造成损坏。针对部件淘汰故障，各型动车组部件都有明确淘汰标准，因此在对动车组进行大修时必须严格按照部件淘汰标准进行大修;另外，动车组在极端天气下使用时，要控制合理的车速，并安排相关人员维护线路，尽量减少零部件爆震的风险。
3.转向架轴承故障分析
轴承是高速动车组运行中最重要的构成部分，被称为是高速动车组的心脏，一旦在高速动车运行中出现轴承故障，就很容易对高速动车运行状况、运行安全产生重要的影响。2014年以来，四方股份装用的轴箱轴承共发生13起（NTN轴承8起，NSK轴承5起）轴承外圈滚道剥离引起的TADS报警问题。另在高级修过程中共发现12起（NTN轴承7起，NSK轴承5起）轴承外圈滚道剥离问题。
CR400AF型动车组装用的NTN轴箱轴承主体结构、形式及材料与CRH380A（L）、CRH380A统型动车组基本相同，均采用整体自密封双列圆锥滚子轴承，根据统型接口要求，轴承外圈宽度、轴承后挡圈及挡油环结构尺寸、润滑脂填充量略做调整，同时轴承型号变为2E-CRI-26AO2，两种轴承结构见下图。按17t 轴重进行耐久性试验、防水性试验、防尘性试验和耐油性试验。试验结果满足试验大纲要求。
结合高速动车组的运行情况，分析了动车组实际运行中轴承故障的状态。统计结果表明，轴承的外圈、内圈、滚子和保持架最容易发生轴承失效，外圈发生轴承失效的概率较高。通过对轴承结构的分析，发现轴承外圈位于主轴承轴承轴承轴承轴承轴承支承力的位置，轴承外圈需要承受多个系列的作用力，高速运转时容易造成轴承外圈断面损伤，这是轴承外圈成为轴承失效高频部位的主要原因。
3.1具体案例分析
根据TADS探测站反馈，配属北京南动车所CR400AF-2002列动车组06车1位轴箱轴承连续两天报三级潜在外圈报警。更换06车1轴轮对，车辆在线运行正常。
拆解轴承发现A列内圈组件保持架断裂，取出后1个滚子从断裂处脱出，该滚子滚道面存在较明显硌伤，大端面存在划伤;手動对接保持架断裂处，断口面相互吻合，保持架无脱落碎屑;外圈一端的滚道表面积为50毫米 x48毫米。
轴承外圈的脱落属于二次表面疲劳。根据赫兹理论，在滚动接触载荷作用下，次表面产生剪应力，当次表面存在缺陷（一般为非金属夹杂物）时，在剪应力作用下缺陷部位出现显微裂纹，逐步扩展为剥离。此时，轴承滚子在通过剥离部位时会产生异常振动，导致TADS产生报警。
当外圈滚道出现剥离，产生的较大碎片可能会卡在滚子与外圈滚道间，造成该滚子瞬时卡滞、歪斜，导致与其它滚子产生转速差，内圈随车轮高速旋转，带动其余滚子继续滚动，造成保持架在该滚子兜孔处瞬时形成异常载荷导致保持架大端脆性断裂，随后导致小径端产生延性断裂。
3.2轴承故障原因分析
3.2.1轴承加工与组装不良 高速动车组转向架轴承内部一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成防止润滑不良或雨水、灰尘等异物进入车轴箱内部[3]。因此，外部环境因素对轴承的影响很小。轴承失效的可能原因是轴箱内部，最明显的因素是： 轴承的加工和安装。在加工过程中，车床加工设备和夹具的操作、设计或选型不当;轴承装配时，由于轴承安装位置不对中，导致内外圈旋转中心不对中，轴承自由间隙大小不一以上两种情况都可能导致轴承性能不好，导致轴承故障。
3.2.2润滑不足
为了有效地减少高速动车组运行过程中滚子、滚道和保持架之间的摩擦，从而控制和减少温度不均匀变化的影响，这就要求机械维修人员及相关维修人员能够在轴承的日常维修中，在轴承外圈表面涂上一层润滑脂。通过对部分故障轴承的分析，发现故障轴承存在不同程度的润滑脂减少和变质，甚至故障轴承的某些部位完全没有润滑脂，导致轴承在实际运行中出现干摩擦问题，经过长时间的干摩擦运行后，轴承会出现损坏问题。
3.2.3其他轴承故障原因
在高速动车组运行的过程中，因为轴承的密封性能较好，因此就可以排除雨水、灰层等异物进入轴承内部导致润滑不良最终造成的轴承故障因素。分析故障轴承，导致轴承故障的主要因素之一还包括轴承制造材料质量、工艺不合格的问题。当前市场中比较常见的高速动车组的轴承的加工方式包括马氏体和贝氏体两种淬火方式，选取哪种加工方式对减少轴承故障更加有利还需要进行持续的观察、追踪与测试。在高速动车组转向架轴承的实际运行中如果悬挂参数设置不合理就很有可能导致轴承需要承受轨道的冲击，轴承在交变冲击荷载下就很容易出现轴承剥离的问题。
4.高速动车组转向架轴承故障诊断的几点建议
针对高速动车组运行状况以及轴承故障情况，为了能够有效的监测与控制轴承故障，在实际的高速动车组转向架轴承的运行性能监测与日常养护工作中还必须要做好以下几个方面的工作。
必须要不断提升高速动车组机械工程师方对于高速動车组转向架轴承故障的判断能力，这样才能及时的监测、判断高速动车组轴承组的运行情况，对于运行中轴承故障频发的里程范围、发生部位进行重点监控;
根据以往的轴承故障诊断经验来制定相应的轴承故障声音特征，这样机械师就能够及时的对高速动车组运行中的轴承故障进行及时、准确的确认可以采取跟踪测试手段。需要机械师对高速动车组中符合监测条件的轴承制定与之相匹配的轴承运行情况检测计划，要定时的对高速动车组的转向架和轴承情况进行了诊断和排查，这样我们就可以尽早地找到和解决轴承的早期故障，然后研究出轴承故障的跟踪处理方案。这样不但我们就可以清楚地指出故障事件发生的距离和里程，而且我们也就能够为以后轴承事件中的故障检修、以及提供有效参考。
可以适当地改善一些高级校修的转向架构件组装。因为进一步修复后的轴承可能会出现一定的事故。基于此，这就必然需要对各种类型轴承在其组装流程和设备运行可靠性等进行全面排查，从而有效地防止在组装时所能够造成的轴承外壳和表面上的损伤。还有一个值得特别注意的问题是，就目前高速动车组转向架轴承的故障诊断研究结果进行分析。但是无法明确地出现在一个部位内出现的剥离故障后具体剥离的长度、深程等尺寸来判断这些信息，也无法对一个可能出现在故障时的某一个部位内出现的故障后正常运行的状态做出合理的推论与预测，还是有待于我们进行更为深入的探索。
参考文献：
[1] 韩光旭，周殿买，黄志辉.高速变轨距转向架轴箱轴承选型及寿命评估[J].机车电传动，2018（4）：12-15.
[2] 韩威.基于EEMD和小波包的动车组轴箱轴承故障诊断系统的研究[D].兰州交通大学，2017.
[3] 王宝森.高速列车轴箱轴承-转子系统非线性动力学行为分析[D].石家庄铁道大学，2018.
（1.山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000;2.中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段，山东 淄博 250000）
关键词：高速动车组;转向架;轴承故障
0.前言
动车组转向架系统是动车组的关键部件，其维护效果与列车运行质量密切相关。转向架的重要性是不问可知的，其中一环的误差将对列车的运行质量产生重要影响，动车组的维修工作不仅要恢复相关性能，还要排除隐患，避免安全事故的发生。因此，在动车组列车的维修过程中，必须从根本上分析问题，找出问题，彻底解决问题，才能避免列车运行中的安全问题，保证乘务员和乘客的安全。
1.转向架系统方案
CR400AF动车组转向架采用两轴无支撑轻量化结构，采用模块化设计制造理论。采用液压踏面，采用 H 型焊架、单拉杆、盘式制动器等成熟结构。两级悬架，第一级悬架采用圆柱螺旋弹簧 + 垂直减震器，轮轴箱采用悬臂式定位;二次悬架采用空气弹簧，带高度调节阀和差压阀，安装侧向减振器、抗蛇形减振器和抗侧滚扭杆装置。电机转向架的牵引电机采用刚架悬挂结构，每个机架上配置两台反对称牵引电机。传动装置采用平行轴斜齿轮带动变速箱鼓齿联轴器。电机、拖车转向架采用三点悬挂式制动夹具。
2.转向架常见故障
2.1齿轮箱渗油故障
在转向架系统中与齿轮箱渗油故障比较常见，引起齿轮箱渗油的原因主要有两种，一种是动车在行驶过程中，因为齿轮箱比较闭塞，齿轮箱在运行时产生的大量热量不能有效分发出去，使得齿轮箱内油温升高、压力变大，储存在箱内的油液或油气从缝隙中渗出。二是在维修过程中，没有及时发现故障，或部分静动界面缺少密封装置，或采用了失当的密封程序，或润滑系统没有回到油路，或通风装置状况不佳，增加了油压，导致了渗漏[1]。
2.2制动装置故障
目前动车组大多采用空气制动，因此制动装置对动车组的运行有一定的影响，一旦制动故障可能造成动车组的耽搁，甚至导致动车组运行中的事故，危及人们的生命和财产。制动控制装置传动不良、制动夹具及控制装置故障、制动力不当、制动器释放不当、紧急制动器未及时复位都属于制动装置故障，当制动控制装置传动效果不好时，会影响制动力，传动效果与光接头连接插头是否松动有关[1]。
2.3轮对系统故障
动车组轮对的主要故障包括制动盘偏磨和车轮踏面损坏。制动盘偏磨的主要原因与制动钳有关车轮踏面损伤主要与道岔的情况和列车通过道岔时的速度有关。因此，有必要定期检查刹车片的状况，定期对刹车片进行踏面检查，并按照相关的维修标准更换或修理刹车片[1]。
2.4部件磕碰伤故障
由于线路、天气等外部因素的影响，动车组上的飞石有时会对车底或转向架造成损坏。针对部件淘汰故障，各型动车组部件都有明确淘汰标准，因此在对动车组进行大修时必须严格按照部件淘汰标准进行大修;另外，动车组在极端天气下使用时，要控制合理的车速，并安排相关人员维护线路，尽量减少零部件爆震的风险。
3.转向架轴承故障分析
轴承是高速动车组运行中最重要的构成部分，被称为是高速动车组的心脏，一旦在高速动车运行中出现轴承故障，就很容易对高速动车运行状况、运行安全产生重要的影响。2014年以来，四方股份装用的轴箱轴承共发生13起（NTN轴承8起，NSK轴承5起）轴承外圈滚道剥离引起的TADS报警问题。另在高级修过程中共发现12起（NTN轴承7起，NSK轴承5起）轴承外圈滚道剥离问题。
CR400AF型动车组装用的NTN轴箱轴承主体结构、形式及材料与CRH380A（L）、CRH380A统型动车组基本相同，均采用整体自密封双列圆锥滚子轴承，根据统型接口要求，轴承外圈宽度、轴承后挡圈及挡油环结构尺寸、润滑脂填充量略做调整，同时轴承型号变为2E-CRI-26AO2，两种轴承结构见下图。按17t 轴重进行耐久性试验、防水性试验、防尘性试验和耐油性试验。试验结果满足试验大纲要求。
结合高速动车组的运行情况，分析了动车组实际运行中轴承故障的状态。统计结果表明，轴承的外圈、内圈、滚子和保持架最容易发生轴承失效，外圈发生轴承失效的概率较高。通过对轴承结构的分析，发现轴承外圈位于主轴承轴承轴承轴承轴承轴承支承力的位置，轴承外圈需要承受多个系列的作用力，高速运转时容易造成轴承外圈断面损伤，这是轴承外圈成为轴承失效高频部位的主要原因。
3.1具体案例分析
根据TADS探测站反馈，配属北京南动车所CR400AF-2002列动车组06车1位轴箱轴承连续两天报三级潜在外圈报警。更换06车1轴轮对，车辆在线运行正常。
拆解轴承发现A列内圈组件保持架断裂，取出后1个滚子从断裂处脱出，该滚子滚道面存在较明显硌伤，大端面存在划伤;手動对接保持架断裂处，断口面相互吻合，保持架无脱落碎屑;外圈一端的滚道表面积为50毫米 x48毫米。
轴承外圈的脱落属于二次表面疲劳。根据赫兹理论，在滚动接触载荷作用下，次表面产生剪应力，当次表面存在缺陷（一般为非金属夹杂物）时，在剪应力作用下缺陷部位出现显微裂纹，逐步扩展为剥离。此时，轴承滚子在通过剥离部位时会产生异常振动，导致TADS产生报警。
当外圈滚道出现剥离，产生的较大碎片可能会卡在滚子与外圈滚道间，造成该滚子瞬时卡滞、歪斜，导致与其它滚子产生转速差，内圈随车轮高速旋转，带动其余滚子继续滚动，造成保持架在该滚子兜孔处瞬时形成异常载荷导致保持架大端脆性断裂，随后导致小径端产生延性断裂。
3.2轴承故障原因分析
3.2.1轴承加工与组装不良 高速动车组转向架轴承内部一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成防止润滑不良或雨水、灰尘等异物进入车轴箱内部[3]。因此，外部环境因素对轴承的影响很小。轴承失效的可能原因是轴箱内部，最明显的因素是： 轴承的加工和安装。在加工过程中，车床加工设备和夹具的操作、设计或选型不当;轴承装配时，由于轴承安装位置不对中，导致内外圈旋转中心不对中，轴承自由间隙大小不一以上两种情况都可能导致轴承性能不好，导致轴承故障。
3.2.2润滑不足
为了有效地减少高速动车组运行过程中滚子、滚道和保持架之间的摩擦，从而控制和减少温度不均匀变化的影响，这就要求机械维修人员及相关维修人员能够在轴承的日常维修中，在轴承外圈表面涂上一层润滑脂。通过对部分故障轴承的分析，发现故障轴承存在不同程度的润滑脂减少和变质，甚至故障轴承的某些部位完全没有润滑脂，导致轴承在实际运行中出现干摩擦问题，经过长时间的干摩擦运行后，轴承会出现损坏问题。
3.2.3其他轴承故障原因
在高速动车组运行的过程中，因为轴承的密封性能较好，因此就可以排除雨水、灰层等异物进入轴承内部导致润滑不良最终造成的轴承故障因素。分析故障轴承，导致轴承故障的主要因素之一还包括轴承制造材料质量、工艺不合格的问题。当前市场中比较常见的高速动车组的轴承的加工方式包括马氏体和贝氏体两种淬火方式，选取哪种加工方式对减少轴承故障更加有利还需要进行持续的观察、追踪与测试。在高速动车组转向架轴承的实际运行中如果悬挂参数设置不合理就很有可能导致轴承需要承受轨道的冲击，轴承在交变冲击荷载下就很容易出现轴承剥离的问题。
4.高速动车组转向架轴承故障诊断的几点建议
针对高速动车组运行状况以及轴承故障情况，为了能够有效的监测与控制轴承故障，在实际的高速动车组转向架轴承的运行性能监测与日常养护工作中还必须要做好以下几个方面的工作。
必须要不断提升高速动车组机械工程师方对于高速動车组转向架轴承故障的判断能力，这样才能及时的监测、判断高速动车组轴承组的运行情况，对于运行中轴承故障频发的里程范围、发生部位进行重点监控;
根据以往的轴承故障诊断经验来制定相应的轴承故障声音特征，这样机械师就能够及时的对高速动车组运行中的轴承故障进行及时、准确的确认可以采取跟踪测试手段。需要机械师对高速动车组中符合监测条件的轴承制定与之相匹配的轴承运行情况检测计划，要定时的对高速动车组的转向架和轴承情况进行了诊断和排查，这样我们就可以尽早地找到和解决轴承的早期故障，然后研究出轴承故障的跟踪处理方案。这样不但我们就可以清楚地指出故障事件发生的距离和里程，而且我们也就能够为以后轴承事件中的故障检修、以及提供有效参考。
可以适当地改善一些高级校修的转向架构件组装。因为进一步修复后的轴承可能会出现一定的事故。基于此，这就必然需要对各种类型轴承在其组装流程和设备运行可靠性等进行全面排查，从而有效地防止在组装时所能够造成的轴承外壳和表面上的损伤。还有一个值得特别注意的问题是，就目前高速动车组转向架轴承的故障诊断研究结果进行分析。但是无法明确地出现在一个部位内出现的剥离故障后具体剥离的长度、深程等尺寸来判断这些信息，也无法对一个可能出现在故障时的某一个部位内出现的故障后正常运行的状态做出合理的推论与预测，还是有待于我们进行更为深入的探索。
参考文献：
[1] 韩光旭，周殿买，黄志辉.高速变轨距转向架轴箱轴承选型及寿命评估[J].机车电传动，2018（4）：12-15.
[2] 韩威.基于EEMD和小波包的动车组轴箱轴承故障诊断系统的研究[D].兰州交通大学，2017.
[3] 王宝森.高速列车轴箱轴承-转子系统非线性动力学行为分析[D].石家庄铁道大学，2018.
（1.山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000;2.中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段，山东 淄博 250000）