我国铁路车辆轮轴发展综述

时间：2024-07-28

魏文波，刁克军，范新光，张世强

(中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东青岛 266031)

铁路车辆轮轴是承担承载和走行功能的关键部件，其技术体系的不断完善为车辆的安全运行提供了基础，随着铁路的不断发展，对轮轴技术的研究提出了更高的要求[1]。在我国轮轴发展进程中，根据不同时期的铁路运输需求，研制了不同结构型式的车轴、车轮、轴承。随着技术水平的提高和引进更为先进的制造设备后，我国铁路车辆轮轴技术逐步走向成熟，部分技术已达到国际领先水平[2-3]。

1 车轴

我国铁路车辆车轴最初有A型、B型、C型、D型和E型及其他类型，车轴轴身以变截面的仿锤形为主，材质为碳素结构钢[4]。从20世纪70年代开始，车轴型式增加了RB2型、RC2型、RD2型、RE2型、RC3型、RD3型、RC4型和RD4型等型式，车轴轴身为等截面的平直形，材质为LZ40。GB/T 12814—1991《铁道车辆用车轴型式与基本尺寸》标准明确规定了铁道车辆用车轴型式为B型、C型、D型、E型、F型、G型、RB2型、RC2型、RD2型、RE2型、RC3型、RD3型、RC4型、RD4型和RE3型等。20世纪80年代，针对LZ40车轴技术性能的不足，研制了LZ50钢材质车轴。GB/T 12814—2002《铁道车辆用车轴型式与基本尺寸》标准规定了铁道车辆用车轴型式为B型、D型、E型、F型、G型、RB2型、RD2型、RE2型、RE2A型、RC3型、RD3型、RD3A型、RD3B型、RC4型、RD4型和RD4A型等，2003年新造车轴材质LZ50钢全面替代了LZ40钢。为适应铁路货车重载的发展需要，2011年研制了微合金LZ45CrV车轴钢，并设计了重载车轴RF2。TB/T 1010—2016《铁道车辆轮对及轴承型式与基本尺寸》标准规定了铁道车辆通用车轴型式为RD2型、RE2A型、RE2B型、RF2型、RC3型、RD3型、RD3A型、RD3A1型、RC4型、RD4型和RD4A型等。

车轴命名时，R表示滚动轴承，C、D、E、F表示不同轴颈直径，下标第1位数字表示客货车类型，下标第2位字母表示客车制动盘数量，下标第2位数字表示货车制动盘数量，下标第3位数字表示客车改型，下标第3位字母表示货车改型。车轴结构一般由轴颈、防尘板座、轮座、制动盘座、轴身等组成。下面按客货车车轴分类介绍近年来主要车轴型式的发展变革。

1.1 客车车轴发展

1999年，中车青岛四方车辆研究所有限公司(以下简称中车四方所)对RD3型车轴结构进行了优化，在原基础上增加了2个轴装制动盘座，从而形成了RD3A型车轴。同时在RD4型车轴结构上进行了优化而设计了RD4A型车轴，在原基础上增加了2个轴装制动盘座，两车轴制动盘座长度均为180 mm。运行一段时间后发现制动盘座上有产生裂纹的问题，因此将RD3A型和RD4A型车轴制动盘座长度调整为144 mm，设计为突悬的形式，减少了微动磨损，从而有效避免了制动盘座上裂纹的产生。2002年对RD3型车轴结构在原基础上分别增加了3个和4个轴装制动盘座后变成了RD3B型和RD3C型车轴，但这2种型式车轴并未推广使用。2003年将RD3A型车轴的车轴载荷中心距重新设计为2 000 mm，成为RD3A1型车轴，同时将车轴制动盘座长度由144 mm调整为155 mm。

RDAM96型车轴为进口轴型，轴颈直径为130 mm，该轴型已完成国产化；PW-220型车轴由中车南京浦镇车辆有限公司设计，轴颈直径为150 mm；RFQ型车轴由中车青岛四方机车车辆股份有限公司设计，轴颈直径为160 mm。以上3种型式车轴命名均不符合标准命名规则。

1.2 货车车轴发展

1998年中车四方所对RE2型车轴进行了优化，设计了RE2A型车轴。轮座直径由206 mm调整为210 mm，车轴载荷中心距由1 956 mm调整为1 981 mm，车轴载荷中心到防尘板座边缘的长度由135 mm调整为125 mm，提高了车轴轮座和轴颈的疲劳强度，同时降低了对转向架的设计要求。2005年对RD2型车轴轴颈根部卸荷槽结构进行了设计优化，由原来的A型、B型、C型3种方案优化为B型、D型2种方案。针对有卸荷槽的D型方案，将车轴轴颈根部的圆弧半径由20 mm调整为25 mm，并且要求在同一设备车削加工后进行滚压，有效降低了由于轴颈卸荷槽问题导致的冷切事故。同年对RE2A型车轴结构进行了优化，设计了RE2B型车轴。将车轴载荷中心到防尘板座边缘的长度由125 mm调整为110 mm，提高了车轴轴颈的疲劳强度，延长了车轴寿命。

2014年和2015年中车四方所分别设计了RF2型车轴和RD22型车轴。RF2型车轴轮座两侧与车轮采用突悬式设计，车轴载荷中心到防尘板座边缘的长度为115 mm，有效提高了车轴轴颈和轮座的疲劳强度，满足铁路货车重载要求。而RD22型车轴是在RD2型车轴的基础上做了优化，优化了轴身与轮座的过渡方式，采用R75 mm和R15 mm双圆弧过渡方式，车轴载荷中心到防尘板座边缘的长度由125 mm调整为101 mm，减轻了与轴承的微动磨损，提高了车轴轴颈和轮座的疲劳强度，满足轨道交通货运快速化的要求。

2 车轮

我国铁路车辆车轮最初使用的是普通铸钢和铸铁车轮，由于其性能难以满足铁路车辆发展的需求。20世纪60年代初我国开始了辗钢车轮的研制，1964年第1个热轧辗钢整体车轮研制成功，从此逐步替代了普通铸钢和铸铁车轮。GB/T 8601—1988《铁路用辗钢整体车轮》标准规定了轴重不大于23 t的铁道车辆辗钢车轮的型式，材质为CL60和CL45MnSiV。由于车轮的大批量装车运用出现了很多问题，因此对车轮生产提出了更高的技术要求，并制定了TB/T 2708—1996《铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件》标准和TB/T 2817—1997《铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件》标准，车轮材质仅限为CL60。20世纪90年代初重启了铸钢车轮的研制，1998年我国现代意义上第1个铸钢货车车轮研制成功，材质为ZL-B，从此我国铁路车辆车轮进入了铸钢车轮和辗钢车轮并行的模式。20世纪以来，随着货车载重的提高，车轮磨耗严重问题逐渐显露。为此，研制了高强度和高硬度的CL65、CL65K、CL70和ZL-C车轮新材质，并逐步推广运用。

车轮命名中，B、C、D、E分别表示适用于不同车轴的车轮，后来规定车轮名称中的第1位H表示货车，K表示客车，KK表示客车快速，第2位C、D、E、F表示不同轴颈直径，第3位S表示S形辐板，Z表示铸造方式，第4位字母表示车轮改型。车轮结构一般由轮辋、轮毂、辐板、轮缘、踏面等部分组成。我国铁路车辆车轮辐板形状有4种，分别是直辐板、S形辐板、波浪形辐板、盆形辐板。铁路车辆车轮踏面外形为LM型踏面。下面按客货车车轮分类介绍近年来主要车轮型式的发展变革。

2.1 客车车轮发展

1964—1997年主要应用车轮的辐板形状为斜辐板，辐板上有2个直径为45 mm的工艺孔，1999年停止采购。20世纪90年代中车四方所研制了S形辐板车轮，装车运用考核情况较好，1997年原铁道部车辆局正式批复了KKD型、KDS型车轮，两车轮基本尺寸相同，公差和技术条件不同，直径均为915 mm，轮辋厚度为65 mm。KKD型车轮一直沿用至今，但KDS型车轮并未推广使用。

2.2 货车车轮发展

同客车一样，1964—1997年主要应用车轮辐板形状为斜辐板。1997年由中车四方所进行设计，原铁道部车辆局正式批复了HDS型、HBS型车轮，辐板形状为S型，直径均为915 mm，轮辋厚度为65 mm。但HBS型车轮并未推广使用。2001年中车四方所设计了HDSA型、HES型、HESA型3种辗钢车轮，直径均为840 mm，但车轮轮辋厚度有差异，分别为50 mm、65 mm和50 mm。HES型车轮并未推广使用。

1998年，大同爱碧玺铸造有限公司设计了我国现代第1个盆形辐板铸钢货车车轮HDZ型车轮，并开始装车运用，该车轮采用美国ABC石墨模铸造技术，降低了热应力，相比最初的铸钢车轮，性能大幅提升。该公司还设计了HDZA型、HDZB型、HDZC型、HEZB型车轮，车轮辐板形状均为盆形，有效地减轻了货车车轮自重。运行以后发现轮辋厚度磨耗即将到限时，车轮辐板和车辆底部限界会形成干涉。2006年该公司又设计了HDZD型和HEZD型车轮，彻底解决了车轮辐板和车辆底部限界干涉的问题，而HDZC型和HEZB型车轮停止生产。

2015年，中车四方所牵头研制了HFS型辗钢和HFZ型铸钢车轮，2种型式车轮的直径和轮辋厚度相同，HFS型车轮辐板形状为S形，而HFZ型车轮辐板形状为盆形，其材质分别为CL70和ZL-C，满足了铁路货车重载要求。同年中车四方所还设计了HDSC型车轮，车轮辐板形状为S形，车轮直径为915 mm，轮辋厚度为50 mm，LM型踏面，材质为CL60或CL65，满足了轨道交通货运快速化的要求。

AM96型和PW-220型车轮为进口轮型，车轮辐板形状为S形，AM96型车轮直径为915 mm，PW-220型车轮直径为920 mm，目前这2种型式车轮已国产化。中车青岛四方机车车辆股份有限公司设计了KKDQ型车轮，车轮辐板形状为波浪型，车轮直径为915 mm。以上3种型式车轮命名均不符合标准命名规则。

3 轴承

我国铁路货车最初装用的是滑动轴承，由于其性能难以满足铁路货车发展的需要,从1965年开始了滚动轴承的研究工作，第1批滚动轴承97826型和97726型双列圆锥滚子轴承正式装车考验。1973年，加快了铁路货车的滚动轴承化，从此与客车滚动轴承逐步更新换代发展至今。随着铁路车辆轴承型式的多样化，轴承钢的型号、保持架的类型、润滑脂的种类和密封的形式也都存在差异。从YB/T 9—1968《铬轴承钢技术条件》标准规定了轴承钢材料为GCr6、GCr9、GCr15、GCr9SiMn和GCr15SiMn，到TB/T 3010—2001《铁道车辆滚动轴承高碳铬轴承钢订货技术条件》标准规定的轴承钢材料为GCr18Mo和GCr15，再到TB/T 2235—2016《铁道车辆滚动轴承》标准规定的轴承钢材料为GCr18Mo、GCr15和G20CrNi2MoA。此外，保持架由钢板冲压成型、钢铆接、青铜整体拉孔发展到如今的工程塑料保持架，润滑脂由70年代末的铁道车辆滚动轴承Ⅰ型润滑脂到后来的铁道车辆Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型润滑脂。

从最初的铁路货车滑动轴承和铁路客车滚动轴承多样化，发展到货车350000型和客车NJ(P)3226X1型滚动轴承，滚动轴承有了统一的命名规则。其中35和NJ(P)表示轴承类型，第三四位数字表示尺寸系列代号，第五六位数字表示内径代号，最后一位字母和数字表示外径或宽度非标准代号，A、B和-2RZ表示结构改变或非接触式橡胶油封型式。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体、保持架、润滑脂和密封等组成。下面按客货车分类介绍近年来滚动轴承的发展变革。

3.1 客车滚动轴承发展

我国铁路客车轴承最初使用的是内径为120 mm的42724T型、152724T型轴承或内径为130 mm的42726T型、152726T型轴承。轴承钢的材料均为GCr15SiMn，保持架的类型为钢铆接保持架，这4种型式轴承均为单列向心短圆柱滚子轴承。

1988年中车四方所设计了42724QT型和152724QT型、42726QT型和152726QT型轴承，轴承的外形尺寸与42724T型和152724T型轴承、42726T型和152726T型轴承相同，但内部结构不同，轴承钢的材料均采用真空脱气GCr15轴承钢替代GCr15SiMn，马氏体淬火，保持架采用青铜整体拉孔保持架替代钢铆接保持架。1999年中车四方所对42724QT型和152724QT型、42726QT型和152726QT型轴承进行了优化，设计了NJ(P)3226X1型轴承，内径为130 mm，进一步优化了轴承内部结构。轴承钢的冶炼方式均为电渣重熔，套圈材料用GCr18Mo轴承钢代替GCr15，贝氏体淬火，轴承滚子材料仍然采用GCr15轴承钢，马氏体淬火，保持架采用青铜整体拉孔保持架。2005年该轴承开始用工程塑料保持架，2010年以后工程塑料保持架替代了青铜整体拉孔保持架。

1998年进口了斯凯孚集团的BC1B322880(1)型和BC1B322880(1)AB型轴承，保持架分别采用黄铜整体拉孔保持架和工程塑料保持架。后续又进口了BC2-0098型、BT2-8690D型、TBU1639435型和TBU1639605E型轴承。同年进口了日本精工株式会社的4(15)2726T型轴承，保持架采用黄铜整体拉孔保持架，2004年以后采用工程塑料保持架替代黄铜整体拉孔保持架。1999年进口了舍弗勒集团的804468-(9)型轴承，外组件不可分离，保持架采用工程塑料保持架。2001年进口了804468(9)A型和804468(9)B型轴承，外组件可分离，保持架采用工程塑料保持架。2014年进口了F-804468(9).02.ZL型轴承。

3.2 货车滚动轴承发展

我国铁路货车滚动轴承化的初期，轴承主要依赖于进口，直到1978年原铁道部引进了采用日本技术生产的197726型轴承，开始了第1批滚动轴承的装车运用，此轴承套圈材料为渗碳轴承钢，滚子材料为高碳铬轴承钢，保持架为钢板冲压保持架。1986年随着铁路货车滚动轴承化的加速进行，滚动轴承正式大规模推广运用。

为满足我国铁路货车日益发展的运用需求，北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司对197726型轴承依次做了3次优化，并命名为SKF197726型。1999年中车四方所设计了352226X2-2RZ型轴承，轴承内圈大挡边采用斜挡边，内圈滚道采取凸度设计，滚子素线采用对数曲线设计，保持架采用钢板冲压保持架，密封结构采用HRN(W)-D型迷宫式密封。2001年该轴承全面替代了197726型轴承。2004年开始，该轴承开始使用工程塑料保持架，解决了钢板冲压保持架破损和单向旋转的问题，2006年开始全面推广使用。

25 t轴重轴承是1998年原铁道部引进的斯凯孚集团的TBU150型轴承，保持架采用工程塑料保持架，密封形式为接触式密封，2004年因生产问题，TBU150型轴承变更为SKF353130-2RS型轴承。同年引进了美国铁姆肯轴承公司的AP150型轴承，保持架采用钢板冲压保持架，密封形式为HDL型迷宫式低转矩密封。2003年引进了舍弗勒集团的TAROL150型轴承，保持架采用工程塑料保持架，密封形式为接触式密封。同年，中车四方所设计了353130X2-2RZ型轴承，内圈大挡边采用斜挡边，内圈滚道采取凸度设计，滚子素线采用对数曲线设计，保持架采用钢板冲压保持架，密封形式为HRN(W)-E型迷宫式密封。2004年钢板冲压保持架全部更换为工程塑料保持架。2005年对353130X2-2RZ型轴承做了优化，设计了353130A型轴承，轴承基本结构不变，采用混合迷宫密封装置替代了密封座和内油封，降低了车轴轴颈根部应力，提高了车轴使用可靠性。2006年原铁道部引进了斯凯孚集团的353130B型轴承，替代了353130A型轴承，保持架采用工程塑料保持架，密封形式为迷宫唇式密封，轴承内圈与后挡设置塑钢隔圈，满足了在高技术平台上制定新一代轴承标准的要求。

2013年30 t轴重轴承主要是中车四方所、瓦房店轴承股份有限公司、美国铁姆肯轴承公司和斯凯孚集团分别设计的353132A型、353132B型、AP-2型和BT2-8731型轴承，轴承内径均为160 mm，保持架采用工程塑料保持架，满足了铁路货车重载的要求。2015年为了满足了轨道交通货运快速化的要求，中车四方所设计了352226A型轴承，内圈滚道采取凸度设计，滚子素线采用对数曲线设计，保持架采用工程塑料保持架，密封形式为迷宫式密封，改善了套圈和滚子接触的应力分布，提高了轴承承载能力。