吳晨愷 陳 進(jìn) 林鳳濤
(1. 廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510010,廣州; 2. 華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,330013,南昌;3. 華東交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院,330013,南昌//第一作者,碩士研究生)
目前,我國動車組的檢修分為一至五級修,一、二級檢修為運(yùn)用修,三、四、五級檢修為高級修。但是,我國各種型號的高速動車組在檢修周期方面存在一定差異,例如CRH2型動車組除一級修外,其余4個(gè)等級的檢修周期標(biāo)準(zhǔn)值(走行公里數(shù))比CRH1、CHR3和CRH5型動車組的檢修周期標(biāo)準(zhǔn)(走行公里數(shù))要小。我國動車組檢修周期詳見表1。
表1 中國動車組檢修周期標(biāo)準(zhǔn)值
CRH2型動車組在走行60萬km后就要進(jìn)行一次三級修, CRH1、CHR3和CRH5型動車組的三級修間隔周期為走行120萬km,這樣CRH2型動車組的高級修次數(shù)過于頻繁,增加了車輛的運(yùn)營成本。但是,在我國現(xiàn)有研究中,大多數(shù)學(xué)者把研究重點(diǎn)放在了車輪鏇修周期延長、動車組運(yùn)用檢修計(jì)劃優(yōu)化、車輪型面優(yōu)化[1]等方面,對于動車組高級修或是三級修檢修周期的相關(guān)研究資料很少。因此,為了降低車輛運(yùn)營成本,為以后的高級修間隔周期研究提供參考,本文選取CRH2A型動車組1和動車組2進(jìn)行跟蹤試驗(yàn),研究其三級修間隔周期由60萬km延長至120萬km的可行性。
由文獻(xiàn)[2]知:輪軌幾何接觸是解釋鐵道車輛動力學(xué)性能的基礎(chǔ),等效錐度是輪軌幾何接觸的重要參數(shù)。對我國多條線路上的動車組振動狀態(tài)及車輪磨耗跟蹤研究的結(jié)果表明,輪軌匹配等效錐度的大小與動車組運(yùn)行過程中的動態(tài)響應(yīng)密切相關(guān)。如果等效錐度過小,將導(dǎo)致動車組運(yùn)用過程中出現(xiàn)“晃車”現(xiàn)象;而等效錐度過大,會引起動車組車輛構(gòu)架橫向振動報(bào)警甚至失穩(wěn)[2]。
隨著動車組走行里程的增加,車輪磨耗即車輪外形的改變會導(dǎo)致等效錐度發(fā)生變化,而等效錐度作為輪軌接觸線性化指標(biāo),表明輪軌幾何接觸發(fā)生改變,進(jìn)而導(dǎo)致動車組動力學(xué)性能變化,最終可能發(fā)生上述的“晃車”或橫向失穩(wěn)現(xiàn)象。
根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC 518規(guī)定:車輛進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),用等效錐度參數(shù)評估輪軌接觸幾何關(guān)系[3]。UIC 519規(guī)定:名義等效錐度指在輪對蛇行運(yùn)動時(shí)橫移量3 mm處對應(yīng)的值[4]。因此,本文以車輪軸橫移量3 mm處的等效錐度為主要評估指標(biāo),輔以車輪外形(車輪踏面磨耗量、輪軌接觸幾何關(guān)系)和車輛動力學(xué)性能(構(gòu)架橫向穩(wěn)定性、車體平穩(wěn)性)評估指標(biāo),對選定的動車組1和動車組2,在60萬km鏇輪后、120萬km三級修及鏇輪前分別進(jìn)行了跟蹤測試。經(jīng)分析對比后,為評估三級修間隔周期延長的可行性提供參考和依據(jù)。
動車組1在60萬km鏇輪后的總走行里程為67.1萬km,在120萬km鏇輪前(三級修前)的總走行里程為116.5萬km;動車組2在60萬km鏇輪后的總走行里程為67.3萬km,在120萬km鏇輪前(三級修前)的總走行里程為120.4萬km。
本文選取動力學(xué)性能測點(diǎn)所在的頭車(第8車)的8個(gè)輪子(簡稱“8車8輪”)踏面外形與標(biāo)準(zhǔn)外形(LMA)進(jìn)行對比(見圖1、2),并給出第8車的60萬km測試節(jié)點(diǎn)和120萬km測試節(jié)點(diǎn)磨耗量(見表2、3),以此說明車輪在延長三級修間隔周期后踏面的磨耗情況。
圖1 動車組1的8車8輪踏面外形對比
從圖1、圖2和表2、表3可以得出結(jié)論:兩列動車組踏面磨耗量隨運(yùn)行里程的增加而增大,但兩次測試時(shí)車輪外形與標(biāo)準(zhǔn)外形在踏面處無明顯區(qū)別,均未出現(xiàn)凹型磨耗現(xiàn)象,磨耗量、磨耗速度未見明顯增加趨勢(磨耗量包含了2次鏇輪的鏇修量)。
圖2 動車組2的8車8輪踏面外形對比表2 動車組1第8車車輪踏面磨耗量mm
車輪編號磨耗量67.1萬km測試節(jié)點(diǎn)116.5萬km測試節(jié)點(diǎn)10萬km平均磨耗106.0161.218205.9741.209305.3431.081408.0631.632507.5811.534606.7491.366708.6291.747806.2191.259均值06.8221.381
表3 動車組2第8車車輪踏面磨耗量 mm
圖3~圖6為動車組1和動車組2頭車(第8車)4軸的輪軌接觸幾何關(guān)系。圖中,x為平行于軌枕的方向,z為垂直于車輪與鋼軌接觸面的方向。從圖3~圖6可知:當(dāng)動車組三級修間隔周期由60萬km延長至120萬km時(shí),被測兩列動車組輪軌接觸幾何關(guān)系均無明顯變化,輪軌接觸主要發(fā)生在名義滾動圓中心區(qū)域,這使得輪對橫移量3 mm處等效錐度無明顯增加的趨勢,對改善輪軌接觸關(guān)系有利。
a) 左輪輪軌接觸b) 右輪輪軌接觸
圖3 60萬km測試節(jié)點(diǎn)(動車組1)輪軌接觸幾何關(guān)系圖
圖4 120萬km測試節(jié)點(diǎn)(動車組1)輪軌接觸幾何關(guān)系圖
圖5 60萬km測試節(jié)點(diǎn)(動車組2)輪軌接觸幾何關(guān)系圖
圖6 120萬km測試節(jié)點(diǎn)(動車組2)輪軌接觸幾何關(guān)系圖
本文以兩列車輪軸橫移量3 mm處的等效錐度為對象,對比其第7、8車等效錐度與LMA標(biāo)準(zhǔn)外形等效錐度的差異,以說明車輪在增大三級修間隔周期標(biāo)準(zhǔn)后等效錐度的變化情況,具體見表4和表5。
表4 動車組1第7、8車輪軸橫移量3 mm處等效錐度
表5 動車組2第7、8車輪軸橫移量3 mm處等效錐度
從表4和表5可以得出結(jié)論:動車組1和動車組2的60萬km測試節(jié)點(diǎn)和120萬km測試節(jié)點(diǎn)的等效錐度均較接近,且兩次測試結(jié)果都接近標(biāo)準(zhǔn)踏面外形的等效錐度,延長三級修間隔周期后等效錐度的變化小,對輪軌關(guān)系影響也較小。
根據(jù)《高速動車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》,在10 Hz濾波后,構(gòu)架橫向加速度峰值不得連續(xù)6次以上達(dá)到或超過0.8g~1.0g(g=10 m/s2),即符合規(guī)范要求。
如圖7和圖8所示,本文以頭車(8車)為研究對象,給出60萬km測試節(jié)點(diǎn)和120萬km測試節(jié)點(diǎn)的構(gòu)架橫向加速度散點(diǎn)圖。
圖7 動車組1構(gòu)架橫向加速度散點(diǎn)圖
由圖7和圖8可以得出結(jié)論:動車組1和動車組2在60萬km鏇修后和120萬km三級修前構(gòu)架橫向加速度最大值分別為0.28g和0.34g,構(gòu)架橫向穩(wěn)定性符合上述標(biāo)準(zhǔn)要求,且兩次測試節(jié)點(diǎn)的構(gòu)架橫向加速度散點(diǎn)趨勢無明顯變化。
根據(jù)《高速動車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》,在0.5~40.0 Hz濾波后,平穩(wěn)性指標(biāo)W<2.50為優(yōu)、在2.50≤W<2.75為良、在2.75≤W<3.00合格。
圖8 動車組2構(gòu)架橫向加速度散點(diǎn)圖
如圖9~圖12所示,同樣以頭車(8車)為研究對象,給出了60萬km測試節(jié)點(diǎn)和120萬km測試節(jié)點(diǎn)的車體平穩(wěn)性散點(diǎn)圖。
圖9 動車組1車體橫向平穩(wěn)性
圖10 動車組1車體垂向平穩(wěn)性
圖11 動車組2車體橫向平穩(wěn)性
其中,動車組1和動車組2在60萬km鏇修后和120萬km三級修前車體橫向平穩(wěn)性最大值分別為2.34和2.57,其車體垂向平穩(wěn)性最大值分別為2.63和2.43。車體平穩(wěn)性符合上述標(biāo)準(zhǔn)要求,三級修間隔周期延長后未出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。
圖12 動車組2車體垂向平穩(wěn)性
(1) 兩列動車組測試期間車輪狀態(tài)較好,踏面外形和等效錐度均接近標(biāo)準(zhǔn)外形,磨耗量、磨耗速度未見明顯增加趨勢,輪軌接觸主要發(fā)生在名義滾動圓中心區(qū)域,60萬km及120萬km測試節(jié)點(diǎn)的輪軌接觸幾何關(guān)系均無明顯變化。
(2) CRH2A型兩列跟蹤測試的動車組構(gòu)架橫向穩(wěn)定性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,未出現(xiàn)橫向失穩(wěn)現(xiàn)象;車體橫向和垂向平穩(wěn)性除個(gè)別點(diǎn)為良外,其余點(diǎn)均為優(yōu);在三級修間隔周期延長60萬km后車輛動力學(xué)性能滿足規(guī)范要求。因此,兩列跟蹤動車組在延長三級修間隔周期后,三級修前的各項(xiàng)振動性能及磨耗情況與60萬km時(shí)對比無明顯變化,均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求。本文建議,CRH2型車三級修可在走行120萬km后進(jìn)行,與CRH1、CRH3、CRH5型檢修周期保持一致。