机械润滑——润滑剂解决方案有助于打破速度记录并提高牵引电机的可靠性
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2022-12-13 15:11:48

中国经济的快速发展对改善和扩大铁路系统产生了巨大需求。 铁路官员计划从 2002 年到 2005 年在全国铺设 8,500 英里的轨道,使其总网络达到 42,000 多英里, 超过 4,400 英里的新轨道将为新地区提供服务,在交通繁忙的地区也将增加额外的线路。

铁路扩张至关重要,因为铁路运输了中国 54% 的国内贸易(超过任何其他主要国家)和一半以上的客运,全国铁路系统预计今年将运送 15.6 亿公吨货物,其中包括 6.4 亿吨煤炭,以及 10.4 亿人次。

提高铁路效率的需要促使中国国家发展计划委员会和铁道部着手开发中国自己的高铁技术。 中国之星项目与中国主要的火车发动机制造商株洲电力机车有限公司合作,于 2001 年初开始开发平均时速超过 200 公里(125 英里/小时)的火车。

这些列车将由株洲电力机车公司的 1250 千瓦牵引电机提供动力,电机需要使用日本 NSK Bearing Co. 提供的特殊绝缘、树脂涂层滚柱轴承,需要绝缘轴承来防止电弧通过轴承严重损坏轴承的滚道和滚动元件。 每个电机使用两个特殊轴承,空载轴承是一个 170 mm (NH219) 油脂润滑的轴承,280 mm (NU326) 推力轴承采用与驱动齿轮相同的油进行润滑。

牵引电机的润滑油是根据之前在 NSK 东京研究机构的专用牵引电机测试设备中进行的测试来选择的。 评估了 26 种不同的润滑脂,包括为专门设计的高速轴承设计的新润滑脂。 候选润滑脂在高温和高速条件下进行了广泛的润滑脂泄漏、粘附和润滑脂寿命测试。 基于其优越的测试性能,通用复合锂基润滑脂增稠剂被选为日本300系动车组牵引电机轴承标准润滑脂。

尽管在选择润滑脂时很小心,但在测试过程中还是出现了严重的问题。 润滑的电机轴承在速度超过 160 公里/小时时过热,导致剧烈振动并缩短轴承寿命。 项目经理与 NSK 协商确定问题并寻求解决方案。 尝试了对电机本身的各种调整,但技术团队未能找到机械解决方案。 当团队开始将注意力集中在润滑脂上时,突破就出现了,润滑脂提供了轴承正常运行所依赖的润滑剂薄膜。 该团队怀疑润滑脂使轴承温度升高超过润滑脂的 500° F 滴点(润滑脂中的增稠剂不再能将润滑油保持在适当位置的温度),从而使油从轴承中流出 ,只留下增稠剂,大范围的轴承损坏很快就会随之而来。

在中国机车研究院高级工程师高教授的指导下,开始寻找一种可以使牵引电机以更高速度运行的润滑脂。 在多次寻找合适的替代润滑脂失败后,该团队尝试了一种复合铝 EP 润滑脂(Royal Purple 的 2 号超高性能润滑脂),这是一种高性能合成润滑脂,采用先进的化学添加剂配制而成,过去在降低轴承温度和振动方面取得了成功。

在不对电机进行任何其他调整的情况下,改用合成铝复合润滑脂解决了过热和轴承过早失效问题,使列车能够以 200 公里/小时的速度立即可靠地运行。 根据这些结果,Royal Purple 被要求为牵引电机的其他润滑部件推荐润滑剂。 Royal Purple 为 280 mm 轴承和驱动齿轮推荐了一种含有添加剂 Synerlec® 的多用途工业油,并为齿轮联轴器推荐了一种最大负载合成润滑剂。

研究所于2002年5月派出团队到NSK的东京实验室,参加了多用途工业油与NSK推荐的矿物油在最严酷条件下进行的为期20天的对比试验。 在这些测试中,工业油将工作温度降低了 20° C (36° F),同时将轴承振动降低了 50%。 基于这些测试结果,各方同意将这些先进的新型润滑油用于牵引电机。

团队返回中国后,使用新选择的润滑油进行了高速电机测试,所有的电机都表现完美,不仅创造了 321.5 公里/小时(200 英里/小时)的中国铁路速度新纪录,而且所有润滑轴承在经过 80,000 公里的高速测试后焕然一新。

中国之星项目取得了迅速的成功,因为团队领导很快意识到电机的轴承问题很可能是由润滑不足引起的。 通过专注于润滑解决方案,而不是昂贵且耗时的机械和设计问题,该团队迅速超越了项目的所有速度和可靠性目标。