QIBR zweireihige Kegelrollenlager werden in Achslagern von Hochgeschwindigkeitszügen verwendet

-Verbesserung der Betriebsstabilität von Zügen durch Reduzierung der Reibungswärme, die während des Lagerbetriebs entsteht

Auf der BMW-Messe 2018 in Shanghai trat ein deutscher Hersteller von Hochgeschwindigkeitszügen an uns heran und suchte nach Lösungen, um einen stabilen Bahnbetrieb unter rauen Bedingungen zu gewährleisten. Wir stellten schnell ein Expertenteam zusammen, um die Herausforderungen, mit denen der Kunde konfrontiert war, gründlich zu analysieren. Nach monatelangen wiederholten Diskussionen und Versuchen passten wir unsere Lösungen kontinuierlich an und optimierten sie, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Jeder Prototyp wurde strengen Tests unterzogen, damit er extremen Umweltbedingungen in realen Anwendungen standhalten konnte. Schließlich konnten wir dem Kunden eine umfassende Lösung anbieten, die seine Probleme mit der Stabilität der Bahn unter widrigen Bedingungen vollständig löste. Der Kunde schätzte unsere Fachkompetenz und Effizienz bei der Problemlösung sehr und äußerte den Wunsch nach weiteren Möglichkeiten der Zusammenarbeit in der Zukunft.

Hier sind die Details dieses Falles:

1. Herausforderungen

Das Drehgestell eines Hochgeschwindigkeitszuges ist eine der wichtigsten Komponenten in der Struktur eines Schienenfahrzeugs und seine Parameter wirken sich direkt auf die Stabilität und den Fahrkomfort des Fahrzeugs aus. Als wichtige mechanische Betriebskomponente des Drehgestells ist das Radsatzlager häufig einer momentanen Laständerung ausgesetzt. Aufgrund der Serpentinenbewegung des Schienenfahrzeugs ist der Kontaktzustand der Rolle des Radsatzlagers relativ zur Laufbahn unter der Wirkung der momentanen Laständerung instabil, was leicht zur Zerstörung des Schmierölfilms führen kann, wodurch Verschleiß und Materialablösung verursacht werden, was sich stark auf den Betrieb des Zuges auswirkt.

Um die nachteiligen Faktoren von Lagern in Zügen zu ändern, haben Hochgeschwindigkeitsbahningenieure die Wartungsdaten verschiedener Lager statistisch analysiert: Insgesamt wurden 7.314 Sätze zweireihiger zylindrischer Radsatzlager überholt, 5.623 Sätze wurden repariert und die Reparaturrate lag bei 77 %. 12.245 Sätze zweireihiger konischer Radsatzlager wurden überholt, 11.675 Sätze wurden repariert, und die Reparaturquote lag bei 95 %. Relativ gesehen sind zweireihige Kegelrollenlager für die Betriebsbedingungen von Hochgeschwindigkeitszügen besser geeignet.

Im heißen Sommer oder unter besonderen Straßenbedingungen erzeugt die Reibung zwischen den Rippen und den Rollenstirnflächen von zweireihigen Kegelrollenlagern jedoch viel Reibungswärme, was zu Hochtemperaturalarmen in Radsatzlagern führt und somit die Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit der Hochgeschwindigkeitsstrecke beeinträchtigt. Daher ist es zu einer wichtigen Herausforderung für zweireihige Kegelrollenlager geworden, einen stabilen Betrieb der Achslager unter rauen Betriebsbedingungen wie hoher Geschwindigkeit, hoher Belastung, hohen Temperaturen, großen Temperaturunterschieden und starken Vibrationen und Stößen zu gewährleisten.

2. Lösungen

QIBR arbeitete eng mit dem Kundenunternehmen zusammen, um detaillierte Daten zu erhalten. Als Reaktion auf die Probleme der vorhandenen zweireihigen Kegelrollenlager führten die QIBR-Techniker eine Reihe von Verbesserungen durch, die hauptsächlich die folgenden Aspekte umfassten:

1) Datenanalyse und -verbesserung: Durch die Datenanalyse des kooperativen Unternehmens stellten die QIBR-Techniker fest, dass bei den herkömmlichen zweireihigen Kegelrollenlagern insgesamt 7.314 Lagersätze überholt und 5.623 Lagersätze repariert wurden. Die Reparaturrate bei einer Geschwindigkeit von 400 km/h eines Hochgeschwindigkeitszugs lag bei 95 %. Die Hochtemperaturalarmierung stellte einen Rekord auf. Daher verbesserte QIBR die zweireihigen Kegelrollenlager und entwarf die zweireihigen Kegelrollenlager der QIBR-Serie, um die Reibung und Wärmeentwicklung zu reduzieren.

2) Lagerwerkstoffe und -verfahren: Bei Hochgeschwindigkeitszügen wird zur Gewährleistung der Leistung und Sicherheit während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs kohlenstoffreicher Chromlagerstahl für den Innenring, den Außenring und die Rollen ausgewählt und die Oberfläche wird aufgekohlt, nitriert, verchromt und andere Behandlungen werden durchgeführt, um die Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit zu verbessern. Für den Käfig werden kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit höherer Festigkeit und Temperaturbeständigkeit verwendet. Unter anderem erreicht die Lagergenauigkeit das P4-Niveau, was für den reibungslosen Betrieb des Zuges von entscheidender Bedeutung ist.

3) Schmierstoffwechsel: Der ursprüngliche Schmierstoff mit einer Grundölviskosität von 82 mm²/s für 40 °C wurde durch ein reibungsarmes Fett mit einer Grundölviskosität von 42 mm²/s ersetzt, um die Reibungserwärmung zu reduzieren.

4) Optimierung der Lagerparameter: Es wurde ein Kopplungsdynamikmodell für Lager, Fahrzeug und Gleis erstellt. Im äquivalenten Lagermodell wurde eine Scharnierverbindung Nr. 2 zwischen der Lagermasse und der Achse verwendet. Das Kraftelement Nr. 43 in der Simpack-Software wurde verwendet, um die äquivalente Steifigkeit des Lagers zu simulieren. Der Steifigkeitswert wurde mit der BearingX-Software berechnet. Die berechnete radiale Steifigkeit, axiale Steifigkeit und Winkelsteifigkeit betrug 6997,6 MN/m, 602,6 MN/m bzw. 24797304,0 Nm/rad.

5) Temperaturdetektion und -prüfung: In der Nähe des Außenrings des Lagers am Gehäuse des Radsatzlagers wurde ein Temperaturerfassungspunkt angebracht. Der Test zeigte, dass die Betriebstemperatur des von QIBR entwickelten zweireihigen konischen Radsatzlagers bei einer Geschwindigkeit von 400 km/h etwa 15 °C niedriger war als beim ursprünglichen Design.

6) Thermische Simulationsanalyse: Mit der CERO-Software wurde ein vereinfachtes Modell für die thermische Simulationsanalyse des Radsatzlagersystems erstellt, wobei die Wärmeableitung durch Luftkonvektion bei hoher Geschwindigkeit und extremen Betriebsbedingungen im heißen Sommer berücksichtigt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die maximale Temperatur des von QIBR entwickelten Radsatzlagersystems etwa 20 °C niedriger war als die des ursprünglichen Designs.

3. Ergebnisse

i. Die Konstruktion der Lager wurde optimiert, um sie bei hohen Geschwindigkeiten stabiler zu machen.

ii. Die Betriebseffizienz und Zuverlässigkeit von Hochgeschwindigkeitszügen wurde verbessert.

iii. Die Reibungserwärmung der Radsatzlager wurde reduziert, wodurch ihre Leistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen stabiler ist.

iv. Das Schmierfett wurde verbessert, um den Reibungsverlust und das Risiko von Hochtemperaturalarmen zu reduzieren.

v. Die Ausfallzeiten der Anlagen wurden reduziert, wodurch die Gesamtrentabilität verbessert wurde.

4. Referenzen des Kunden

„Die technischen Experten von QIBR haben uns zweireihige Kegelrollenlager von QIBR zur Verfügung gestellt, die optimiert wurden, um die Probleme der großen Reibungswärme, die in unseren Anlagen entsteht, und der Instabilität unter rauen Arbeitsbedingungen zu lösen. Laut den Testdaten der technischen Abteilung unseres Unternehmens ist der Reibungswärmeverbrauch des von QIBR entwickelten zweireihigen konischen Radsatzlagers bei einer Geschwindigkeit von 400 km/h etwa 24 % niedriger als der des zuvor verwendeten zweireihigen konischen Radsatzlagers. Bei einer höheren Geschwindigkeit ist die Betriebstemperatur des zweireihigen konischen Radsatzlagers von QIBR etwa 15 °C niedriger als die der ursprünglichen zweireihigen konischen Radsatzlager.

Dies zeigt, dass die zweireihigen Kegelrollenlager von QIBR auch unter härteren Arbeitsbedingungen stabil arbeiten können. Durch die Zusammenarbeit mit QIBR haben wir die Stabilität der Hochgeschwindigkeitsstrecke optimiert. Die Endkunden haben QIBR großes Lob ausgesprochen, und wir werden auch weiterhin die professionellen Produkte von QIBR wählen.“