QIBR 복열 테이퍼 베어링은 고속열차 차축 박스에 사용됩니다.

-베어링 작동 중 발생하는 마찰열을 줄여 열차 운행 안정성 개선

2018년 상하이 바우마 전시회에서 독일 고속철도 제조업체가 혹독한 조건에서도 안정적인 철도 운행을 보장하는 솔루션을 모색하며 저희에게 접근했습니다. 저희는 전문가 팀을 신속히 구성하여 고객이 직면한 과제를 철저히 분석했습니다. 수개월에 걸친 반복적인 논의와 시도 끝에 저희는 최상의 결과를 얻기 위해 지속적으로 솔루션을 조정하고 최적화했습니다. 각 프로토타입은 실제 적용 분야에서 극한의 환경 조건을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 엄격한 테스트를 거쳤습니다. 결국 저희는 고객에게 포괄적인 솔루션을 성공적으로 제공하여 불리한 조건에서 철도 안정성 문제를 완전히 해결했습니다. 고객은 저희의 전문적인 역량과 문제 해결 효율성을 높이 평가했으며 앞으로 더 많은 협업 기회를 원한다고 말했습니다.

이 사례의 세부 사항은 다음과 같습니다.

1. 도전

고속열차의 보기는 철도 차량 구조에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며, 그 매개변수는 차량의 안정성과 승차 편안성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전동차의 중요한 기계 작동 구성 요소인 축 박스 베어링은 종종 순간적인 교번 하중에 노출됩니다. 레일 차량의 뱀꼬리 모양의 움직임으로 인해, 순간적인 교번 하중의 작용 하에 축 박스 베어링의 롤러와 레일의 접촉 상태가 불안정해지며, 이는 윤활유 필름의 파괴를 초래할 수 있어 마모 및 재료 벗겨짐을 일으키고, 이는 열차의 운행에 큰 영향을 미칩니다

열차에 대한 불리한 요소를 변경하기 위해 고속철도 기술자들은 다양한 베어링의 유지보수 데이터를 통계적으로 분석했습니다: 총 7,314세트의 이중열 원통형 축 박스 베어링이 점검되었고, 5,623세트가 수리되어 수리율은 77%였습니다. 12,245세트의 이중열 원뿔 축 박스 베어링이 점검되었고, 11,675세트가 수리되어 수리율은 95%였습니다. 상대적으로, 이중열 테이퍼 베어링 은 고속 열차의 운행 조건에 더 적합합니다.

그러나 무더운 여름이나 특별한 도로 조건에서는 이중열 원뿔 베어링의 립과 롤러 단면 간의 마찰이 많은 마찰 열을 발생시켜 축 박스 베어링에서 고온 알람이 울려 고속 철도의 운영 효율성과 신뢰성에 영향을 미치게 됩니다. 따라서 고속, 중량, 고온, 큰 온도 차 및 높은 진동과 충격과 같은 열악한 작업 조건에서도 축 박스 베어링의 안정적인 작동을 보장하는 방법이 이중열 원뿔 베어링이 직면해야 할 중요한 도전 과제가 되었습니다.

2. 솔루션

QIBR는 고객 회사와 긴밀히 협력하여 상세한 데이터를 확보했습니다. 기존의 이중열테이퍼  베어링 문제에 대응하기 위해 QIBR 기술자들은 일련의 개선 작업을 수행했습니다. 주요 내용은 다음과 같습니다:

1) 데이터 분석 및 개선: 협력 회사가 제공한 데이터 분석을 통해 QIBR 기술자들은 전통적인 이중열 원뿔 베어링의 총 7,314세트가 점검되었고, 5,623세트가 수리되었습니다. 고속 열차의 시속 400km에서의 수리율은 95%였으며, 고온 알람 기록이 있었습니다. 따라서 QIBR는 이중열 원뿔 베어링 을 개선하고 QIBR 시리즈 이중열 원뿔 베어링을 설계하여 마찰 및 열 발생을 줄였습니다.

2) 베어링 재료 및 공정: 고속 열차의 고속 작동 중 성능과 안전을 보장하기 위해 내륜, 외륜 및 롤러에는 고탄소 크롬 베어링 강을 선택하고, 표면에 탄소화, 질화, 크롬 도금 등의 처리를 수행하여 내마모성과 피로 저항성을 향상시켰습니다. 케이지에는 높은 강도와 온도 저항성을 가진 탄소 섬유 강화 복합 재료를 사용했습니다. 이 중 베어링 정확도는 P4 수준에 도달하여 열차의 원활한 운행에 중요한 역할을 합니다.

3)윤활제 교체: 원래 40°C에서 기본 오일 점도가 82mm²/s인 윤활제를 기본 오일 점도가 42mm²/s인 저마찰 그리스로 교체하여 마찰 열 발생을 줄였습니다.

4) 베어링 매개변수 최적화: 베어링-차량-레일의 결합 동역학 모델을 구축했습니다. 등가 베어링 모델에서 베어링 질량과 축 사이에 제2형 경첩 연결을 사용했습니다. Simpack 소프트웨어의 제43형 힘 요소를 사용하여 베어링의 등가 강성을 시뮬레이션하고, BearingX 소프트웨어를 통해 강도 값을 계산했습니다. 계산된 반경 방향 강도, 축 방향 강도 및 각 강도는 각각 6997.6MN/m, 602.6MN/m 및 24797304.0N.m/rad입니다.

5) 온도 감지 및 테스트: 축상 외관의 베어링 근처에 온도 감지 지점을 설정했습니다. 테스트 결과, QIBR가 설계한 이중 열쇠형 축상 베어링은 400km/h의 속도에서 원래 설계보다 약 15°C 낮은 작동 온도를 보였습니다.

6) 열 시뮬레이션 분석: CERO 소프트웨어를 사용하여 축상 시스템의 열 시뮬레이션 분석을 위한 단순화된 모델을 구축하였으며, 고속 작동 및 더운 여름의 극한 작동 조건에서의 공기 대류 열 방출을 고려했습니다. 결과는 QIBR가 설계한 축상 시스템의 최대 온도가 원래 설계보다 약 20°C 낮다는 것을 보여주었습니다.

c) 결과

i. 베어링의 설계를 최적화하여 고속에서 더 안정적으로 만들었습니다

ii. 고속 열차의 운영 효율성과 신뢰성을 향상시켰습니다

iii. 축박 베어링의 마찰열을 줄여 고온 환경에서 성능을 더욱 안정화했습니다.

iv. 윤활 그리스를 개선하여 마찰 손실과 고온 경고의 위험을 줄였습니다.

v. 장비의 가동 중지 시간을 줄여 전체 수익성을 개선했습니다.

3. 고객 평가

 “QIBR의 기술 전문가들은 대량의 마찰 열과 열악한 작업 조건에서의 불안정성을 해결하기 위해 최적화된 QIBR 이중열 원뿔 베어링을 제공했습니다. 우리 회사 기술 부서의 테스트 데이터에 따르면, 속도가 400km/h에 도달했을 때 QIBR에서 설계한 이중열 원뿔 축박 베어링의 마찰 열 소비는 이전에 사용한 이중열 원뿔 축박 베어링보다 약 24% 낮습니다. 속도가 증가할 때 QIBR에서 설계한 이중열 원뿔 축박 베어링의 작동 온도는 원래 이중열 원뿔 축박 베어링보다 약 15°C 낮습니다.

이것은 QIBR의 이중열테이퍼  베어링이 더 열악한 작업 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있음을 보여줍니다. QIBR와의 협력을 통해 고속철도의 안정성을 최적화했습니다. 최종 고객들은 QIBR에 대해 높은 평가를 주었으며, 앞으로도 QIBR의 전문 제품을 계속 선택할 것입니다.”