盾构机车轮轴承的设计改进

崔传荣，骆桂斌，武广富

(瓦房店轴承集团有限责任公司 技术中心，辽宁 瓦房店 116300)

1 轴承工况特点

随着我国轨道交通行业的高速发展，对盾构机的寿命、可靠性及工作效率的要求也越来越高。盾构机中车轮是重要部件，而车轮配用的轴承是其核心零件，因此车轮轴承的设计与应用至关重要。某盾构机车轮的设计承载能力为20 t，最大转速为2 r/min，工作转速为1.5 r/min，环境温度在30°左右。每个车轮安装2套轴承，工作时无冲击载荷，采用脂润滑，要求能够免维护运行10 000 h，有一定的密封性。

2 原轴承缺点

盾构机车轮轴承原选用双面接触式密封深沟球轴承，外形尺寸为Φ180 mm×Φ85 mm×41 mm，内圈与轴过渡配合，外圈与外壳过盈配合，装配图如图1所示，结构如图2所示。该轴承摩擦力矩小，密封性能好，适用于转速相对较高的场合。但是深沟球轴承普遍存在着承载能力低的缺点，对于盾构机车轮这种承载较大的场合，其承载能力明显不足，因此，轴承在使用过程中经常出现早期疲劳甚至碎裂的现象，无法正常运行,从而影响盾构机的正常工作。

1—车轮； 2—轴承； 3—垫圈； 4—轴

3 轴承的设计改进

针对该轴承使用工况，设计了一种双面异式密封结构的满装圆柱滚子轴承，如图3所示。该结构轴承最大的特点是承载能力较大，与原轴承的载荷对比见表1。为保证良好的密封性能，轴承采用了双面异式密封结构，内圈带单挡边侧与接触式密封圈配合，另一侧的平挡圈带有非接触式全封闭防尘弹簧挡圈。这种异式密封结构新颖可靠，既保证了轴承的装配，又能有效防止灰尘的侵入，同时还限制了滚子的轴向位移。

1—外圈；2—钢球；3—密封组件；4—保持架；5—铆钉；6—内圈

表1 载荷对比

1—外圈；2—滚子；3—密封组件；4—内圈；5—平挡圈；6—弹簧挡圈

4 改进前、后轴承的计算寿命

车轮轴承的转速为1.5 r/min，要求能够免维护运行10 000 h，则原密封深沟球轴承的计算额定寿命为

式中：L10h为90%可靠性的疲劳寿命，h；Cr为径向基本额定动载荷，kN(由于两列轴承距离很近，按双列轴承基本额定动载荷来计算寿命)；P为当量动载荷，kN；n为转速，n=1.5 r/min；a为疲劳寿命系数(综合考虑材料及制造、润滑和温度条件后取经验值a=0.2)。经计算得，Cr=220 kN，P=200 kN，L10h=2 960 h。

改进后的双面异式密封满装圆柱滚子轴承的计算额定寿命为

同上工况参数，得Cr=380 kN，P=200 kN，L10h=18 878 h

5 结束语

上述寿命是在综合考虑了润滑及工况条件下99%可靠性的寿命。改进后的轴承很好地解决了使用中出现的问题，寿命得到较大提高，在盾构机上使用效果良好。