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(dòng)車組的檢修分為一至五級(jí)修,一、二級(jí)檢修為運(yùn)用修,三、四、五級(jí)檢修為高級(jí)修。但是,我國各種型號(hào)的高速動(dòng)車組在檢修周期方面存在一定差異,例如CRH2型動(dòng)車組除一級(jí)修外,其余4個(gè)等級(jí)的檢修周期標(biāo)準(zhǔn)值(走行公里數(shù))比CRH1、CHR3和CRH5型動(dòng)車組的檢修周期標(biāo)準(zhǔn)(走行公里數(shù))要小。我國動(dòng)車組檢修周期詳見表1。
表1 中國動(dòng)車組檢修周期標(biāo)準(zhǔn)值
CRH2型動(dòng)車組在走行60萬km后就要進(jìn)行一次三級(jí)修, CRH1、CHR3和CRH5型動(dòng)車組的三級(jí)修間隔周期為走行120萬km,這樣CRH2型動(dòng)車組的高級(jí)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(dòng)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(duì)于動(dòng)車組高級(jí)修或是三級(jí)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(jí)修間隔周期研究提供參考,本文選取CRH2A型動(dòng)車組1和動(dòng)車組2進(jìn)行跟蹤試驗(yàn),研究其三級(jí)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(dòng)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(duì)我國多條線路上的動(dòng)車組振動(dòng)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(dòng)車組運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)密切相關(guān)。如果等效錐度過小,將導(dǎo)致動(dòng)車組運(yùn)用過程中出現(xiàn)“晃車”現(xiàn)象;而等效錐度過大,會(huì)引起動(dòng)車組車輛構(gòu)架橫向振動(dòng)報(bào)警甚至失穩(wěn)[2]。
隨著動(dòng)車組走行里程的增加,車輪磨耗即車輪外形的改變會(huì)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(dòng)車組動(dòng)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(píng)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(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)時(shí)橫移量3 mm處對(duì)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(píng)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(dòng)力學(xué)性能(構(gòu)架橫向穩(wěn)定性、車體平穩(wěn)性)評(píng)估指標(biāo),對(duì)選定的動(dòng)車組1和動(dòng)車組2,在60萬km鏇輪后、120萬km三級(jí)修及鏇輪前分別進(jìn)行了跟蹤測試。經(jīng)分析對(duì)比后,為評(píng)估三級(jí)修間隔周期延長的可行性提供參考和依據(jù)。
動(dòng)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(jí)修前)的總走行里程為116.5萬km;動(dòng)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(jí)修前)的總走行里程為120.4萬km。
本文選取動(dòng)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(duì)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(jí)修間隔周期后踏面的磨耗情況。
圖1 動(dòng)車組1的8車8輪踏面外形對(duì)比
從圖1、圖2和表2、表3可以得出結(jié)論:兩列動(dòng)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(dòng)車組2的8車8輪踏面外形對(duì)比表2 動(dòng)車組1第8車車輪踏面磨耗量mm
車輪編號(hào)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(dòng)車組2第8車車輪踏面磨耗量 mm
圖3~圖6為動(dòng)車組1和動(dòng)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(dòng)車組三級(jí)修間隔周期由60萬km延長至120萬km時(shí),被測兩列動(dòng)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(dòng)圓中心區(qū)域,這使得輪對(duì)橫移量3 mm處等效錐度無明顯增加的趨勢,對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)象,對(duì)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(jí)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(dòng)車組1第7、8車輪軸橫移量3 mm處等效錐度
表5 動(dòng)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(dòng)車組1和動(dòng)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(jí)修間隔周期后等效錐度的變化小,對(duì)輪軌關(guān)系影響也較小。
根據(jù)《高速動(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)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(duì)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(dòng)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(dòng)車組1和動(dòng)車組2在60萬km鏇修后和120萬km三級(jí)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(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)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(dòng)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(duì)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(dòng)車組1車體橫向平穩(wěn)性
圖10 動(dòng)車組1車體垂向平穩(wěn)性
圖11 動(dòng)車組2車體橫向平穩(wěn)性
其中,動(dòng)車組1和動(dòng)車組2在60萬km鏇修后和120萬km三級(jí)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(jí)修間隔周期延長后未出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。
圖12 動(dòng)車組2車體垂向平穩(wěn)性
(1) 兩列動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)修間隔周期延長60萬km后車輛動(dòng)力學(xué)性能滿足規(guī)范要求。因此,兩列跟蹤動(dòng)車組在延長三級(jí)修間隔周期后,三級(jí)修前的各項(xiàng)振動(dòng)性能及磨耗情況與60萬km時(shí)對(duì)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(jí)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。