高速铁路轴承概述

杨晓蔚

(洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039)

1 高速铁路及市场

根据国际铁道联盟的定义，高速铁路是指新建铁路营运速度250 km/h以上，改建铁路营运速度200 km/h以上的铁路系统。世界上首条高铁是日本东京至大阪之间的新干线，于1964年正式营运，营运速度超过200 km/h。截至目前，开行200 km/h以上高速列车的国家还有法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国和俄罗斯等国，正在积极建设或规划建设的有瑞士、奥地利、丹麦、加拿大、澳大利亚、韩国、印度和越南等国。

我国从2004年开始引进高铁技术，2008年8月1日，中国第一条高铁——京津城际铁路通车运营，截至2010年底，高铁运营里程达到8 358公里，占全世界高铁运营里程的三分之一以上。根据规划，到2012年，我国将建成42条高铁客运专线，总里程将超过1.3万公里，到2020年总里程将达到1.8万公里。

据权威机构预测，目前全球铁路市场(不含中国)容量为1 200亿欧元/年，约合1万亿元人民币/年，其中在高铁中采用动车组的比重很大(如日本现达87%；荷兰、英国分别占83%和61%等)，市场空间巨大，发展前景良好。

2 我国高速铁路动车组概况

从2005年起至今，中国高铁动车组研制生产可分为3个平台：第1个为时速200 km级平台；第2个为时速300 km级平台；第3个为时速300 km以上的平台。前2个平台是在引进消化吸收再创新国外先进技术和设备的基础上形成的；第3个平台则定位为通过自主创新、自主设计时速350 km以及380 km的动车组而形成。具体情况如下：

CRH1，四方机车车辆+加拿大庞巴迪+鲍尔(简称BSP)生产，200 km级别(营运速度200 km/h，最高速度250 km/h)。

CRH2，四方机车车辆+日本川崎重工生产， 200 km级别(具有提升到300 km级别能力)。

CRH3，唐山轨道客车+德国西门子生产， 300 km级别(营运速度330 km/h，最高速度380 km/h)。

CRH5，长春轨道客车+法国阿尔斯通生产， 200 km级别。

CRH380，其中CRH380A由四方机车车辆在CRH2的基础上自主研制，与原型车相比，每个动力单元的牵引功率由原来的4 800 kW增加到9 600 kW；CRH380B由长春轨道客车与唐山轨道客车在CRH3的基础上优化设计和再创新而成，与原型车相比，CRH380B每个动力单元的牵引功率由4 400 kW增加到4 600 kW;改进车型CRH380C则进一步增加到4 800 kW。CRH380的设计运营时速为380 km。

动车组的短编组(8辆)结构为：CRH1和CRH5，5M3T(即5辆动车+3辆拖车)；CRH2，CRH3和CRH380B，4M4T；CRH380A，6M2T。长编组(16辆)为两列短编组联挂(两组重联)运行(动车型号后加字母L)，如CRH380BL为8M8T，但CRH380AL为14M2T。

目前，高铁动车组主要生产企业的年生产能力为：四方机车车辆，1 600辆；BSP，800辆；长春轨道客车，1 000辆；唐山轨道客车，768辆。

在现已建成运营的主要高铁线路上，所采用的主力动车组分别为：京津城际——CRH3， CRH2；沪宁城际、武广——CRH3，CRH2，CRH380A；郑西——CRH2；沪杭——CRH380A；京沪——CRH380A，CRH380B。

每列动车组的价格，目前约为2亿元(西门子提供的CRH3原型车每列价格为2.5亿元)，其中动车约3 000万元/辆。

3 我国高速铁路轴承市场

生产铁路轴承的国外著名公司主要有瑞典SKF，德国FAG，美国Timken，日本NTN，NSK和KOYO等。其中，SKF的轴箱轴承在全世界应用最广，如日本川崎重工出口到台湾的高速铁路动车组的轴箱轴承不是采用日本轴承而是SKF轴承；FAG在齿轮箱和电动机轴承方面占据主导地位；Timken的轴箱用圆锥滚子轴承具有优势；日本几家公司的轴承主要用于日本国内新干线中，如NTN可提供轴箱、齿轮箱和电动机等全线轴承；SNR主要生产轴箱轴承，但于2006年1月已被NTN收购。

目前，我国高铁动车组轴承全部为进口，以轴箱轴承为例，具体配套情况如下：CRH1和CRH5使用SKF轴承；CRH2使用NTN和NSK轴承；CRH3使用FAG轴承。

根据铁道部“十二五”发展目标，至2015年，全路投入运营的动车组达到1 500列以上。按每一标准列8辆编组,每一辆动车配套8套轴箱轴承,每套轴承0.5万元(或按更高价格1万元)计算，共计9.6万套轴承4.8亿元(9.6亿元)。而截至2010年底，保有量已约500标准列，因此“十二五”期间，总计只有3.2亿元(6.4亿元)的市场容量，平均每年仅0.64亿元(1.28亿元)。2015年后，高铁线路及动车组接近饱和点，高铁轴承市场将主要转向更新维修，但由于高铁轴承的使用寿命较长，一般要求为240万公里以上，因此维修市场的份额也不大。

4 高速铁路轴承的主要技术数据及技术要求

4.1 轴承结构型式与外形尺寸

我国高铁动车组轴箱轴承均为双列圆锥滚子轴承，基本结构型式如图1所示。其中，200 km级别轴承的外形尺寸为d×D×B=130 mm×230 mm×160 mm；300 km级别轴承的外形尺寸为d×D×B=130 mm×240 mm×160 mm。

图1 高铁动车组用轴箱轴承

4.2 轴承材料

高铁动车组轴箱轴承套圈和滚子所用材料，欧洲与日本一般采用真空熔炼钢(属于薄弱零件的滚子则采用真空重熔钢)，我国铁路轴承一般规定采用电渣重熔钢，高铁轴承也有采用真空精炼+电渣重熔钢的。

4.3 轴承载荷与接触应力

各型号动车组的编组质量见表1。

表1 各型号动车组的编组质量

以编组质量最大的CRH5为例，以平均值估算，每套轴承载荷约为68.7 kN，最大滚动体载荷约为7.6 kN，内圈滚道与滚子的接触应力约为810 MPa。

4.4 轴承转速

各型号动车组的车轮直径见表2。

表2 各型号动车组的车轮直径

以运营速度最快的CRH3为例，时速为300 km时，轴承转速约为1 730 r/min。

4.5 轴承寿命

对于最高运营速度不大于200 km/h的轴承，质保期为90万公里(或4年)，经过段修后须保证在一个段修期内不发生检修质量问题，运行里程达280万公里或使用时间达10年必须报废。

对于最高运营速度大于200 km/h的轴承，120万公里免维护，检修后再使用至240万公里后报废。

日本高铁轴承为120万公里免维护，300万公里或6～7年后报废。

SKF对运营速度不高于200 km/h的铁路轴承，台架试验必须运转60万公里当量里程，装场试验必须为其年里程数的2倍或60万公里；高于200 km/h的铁路轴承，台架试验必须运转80万公里当量里程，装车试验必须达到100万公里。

5 结束语

(1)高铁轴承在高速、长寿命的条件下，首先要求具有高可靠性，以保证高铁动车组运行的高安全性，技术质量水平及工程经验积累都十分重要，技术门槛和风险均较高。

(2)高铁轴承市场本身容量不大，研发的技术意义，远大于市场意义、社会效益远大于经济效益。

(3)中国现已成为世界高铁大国，包括轴承在内的许多关键技术，必须尽快掌握和拥有自主知识产权，以期占据技术制高点，真正具备高端市场的核心竞争力。