德國鐵路股份公司的新列車在斯凱孚(SKF)領先技術的支援下運作更有效率且時間更長

2017 六月 13, 13:00 CEST

來自斯凱孚(SKF)的軸承設計和集成專家幫助西門子和龐巴迪為德國鐵路股份公司創造了新一代可靠、高效率的客運列車。

哥德堡,2017 年 06 月 13 日: ICE-4 客運列車將成為德國鐵路股份公司(DB)長途運輸網路的支柱。 新列車已經使用單元化設計,允許對其重新設定以適應德國鐵路網路上多種不同應用。 自 2012 年以來,斯凱孚已經直接與新列車製造商西門子公司,以及拖車轉向架和車廂的供應商龐巴迪公司合作,參與了 60 億歐元的專案。

滿足 ICE-4 要求的性能和可靠性規範要求我們戰勝許多技術挑戰。 新列車將以 250kph 的速度運行。 自然地,列車上使用的每個元件都必須符合嚴格的安全標準,但是德國鐵路股份公司還需要嚴格控制其運行成本。 這要求設計人員最大限度地提高能源效率並儘量減少日常維護需求。

更智慧的感知器整合
龐巴迪提供的名為 BOMBARDIER FLEXX Eco 的拖車轉向架使用內側軸承裝置,可實現更輕的重量和更少的能量消耗量。 對於適應這種應用,斯凱孚開發了一種特殊的圓錐滾子軸承單元(TBU),具有集成的感知器來監控每個輪組的轉速和轉動方向。 將感知器構建到軸承單元本身中可以將整個元件所需的空間最小化,這在空間有限的內部設定中非常重要。 由感知器產生的信號用於控制列車的制動系統,現自訂以適應客戶的要求。 此應用對安全來說非常關鍵,所以要求冗餘水平。 因此,每個軸上的兩個軸承單元都配有雙感知器。 每個軸承中的附加感知器監測其工作溫度,在溫度升高的情況下提供重要的預警指示。

斯凱孚鐵路產業策略客戶經理 Wolfgang Schatzer 表示:「此內置軸承設定是高速鐵路應用中相對較新的設定,需要應用新技術。」 「軸的尺寸和所涉及的載荷導致我們需要非常大的軸承。 內徑在 180mm 的範圍內,不同於通常用於外側軸承設定的 150mm 尺寸,不過斯凱孚在這個領域具有豐富經驗和專業知識。」

延長了維修間隔
現代城際列車必須滿足高要求的可靠性標準,以及長維護間隔時間。 客戶要求的軸承壽命為 330 萬公里。 「軸承的總使用壽命很重要,但是為了降低擁有成本,維護作業之間的間隔時間長短可能更加重要,」Schatzer 說。 「延長鐵路軸承的維護間隔是斯凱孚近年來的一個主要研究和開發領域,所以我們在研發時就對透過我們自己的測試和我們的現場軸承技術來滿足客戶的要求充滿信心。」

延長圓錐滾子軸承單元(TBU)維護間隔的關鍵是最小化摩擦力,從而降低工作溫度,進而使軸承內的潤滑劑在更換之前有著更長的執行時間。

將軸承和感知器以密封式和已潤滑單元提供在研發和生產中對客戶有多種益處,因為這樣一來,在軸承、感知器和列車其他元件之間具有更少,更清晰定義的介面。

西門子自行開發的動力轉向架採用了更為常規的外置軸承裝置,斯凱孚在這方面(包括世界上最嚴苛的一些高速應用)也擁有豐富的經驗。 再次要在此處說明的是,公司選擇了一個整合式軸承單元解決方案,使用了滾柱軸承。 動力轉向架有著更嚴格的耐久性要求,客戶要求在軸承維護之前可以運行 165 萬公里。

協調良好的測試程序
為了證明其可靠度和性能,所有新的軸承單元都必須經過兩年的多步驟測試和驗證過程。 驗證從虛擬環境開始,使用電腦類比設計。 然後,斯凱孚在荷蘭使用其內部測試中心,在實際作業條件下來測試軸承,本測試中心是整個歐洲同類最大的。 原型軸承單元安裝在真正的 ICE-4 軸箱中,運行等同於 800,000 公里的距離,在此過程中,我們密切監測軸承溫度和性能。 測試大約花費四個月時間,旨在類比各種作業條件。 西門子在德國 Wegberg-Wildenrath 的測試和驗證中心進行了對原型列車安裝的軸承的進一步測試,然後在 DB 交通網路上進行現場測試。

高效機電轉換器和齒輪箱元件
在牽引單元方面,斯凱孚還被選擇為主齒輪箱輸出軸提供節能圓錐滾子軸承,內徑為 240mm。 斯凱孚鐵路產業頂驅系統能力中心經理 Jochen Baum 表示:「對於鐵路營運商來說,能源效率是一個越來越重要的考慮因素,因為他們需要控制其列車的生命週期成本。」 「斯凱孚提供的解決方案採用低摩擦軸承,這是首次在鐵路應用中使用此設計的軸承。」 他解釋說,使用低摩擦軸承有助於提高軸承的使用壽命。 「更少的摩擦就意味著更低的工作溫度。 在客戶的測試週期中,我們可以看出,我們的低摩擦軸承的工作溫度比常規軸承低 30 度左右。 較低的作業溫度給出了一個「溫度裕度」,這使得軸承更堅固,可以抵抗因不利條件而升高的溫度,例如扭力/轉速波動、高溫環境溫度以及不理想的油供。」 斯凱孚還開發了一種特殊改善的深溝球軸承,旨在抵抗高軸向衝擊載荷,並提供用於列車拖吊機電轉換器的滾柱軸承。

在交通網路上推出
西門子於 2014 年向 DB 提供了第一批原型列車,在公共運輸網路上的測試始於 2016 年,之後,ICE-4 將於 2017 年正式投入使用。斯凱孚將與西門子和 DB 密切合作,在首次運行的幾十萬公里期間監測軸承的性能,如果其在試運行期間運行情況良好,維護週期將逐漸延長。

Schatzer 說:「從早期階段就參與這些應用非常重要。」 「這使得我們可以為軸承的設計和周圍的元件提供建議,這些元件通常對系統的整體性能有重大的影響。」

最初,ICE-4 將取代 DB 現有的 Intercity 和 Eurocity 列車組,其中一些列車組自 20 世紀 70 年代開始運行。 之後,新型列車也將取代公司的 ICE1 和 ICE2 單位,其運營量將最終占公司城際服務收入的 70% 左右。 DB 已經下了 130 個新列車的初始訂單,並與供應商西門子交通解決方案部門達成框架合約,最終交付了 300 列火車。

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