王恒亮 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國(guó)在和諧號(hào)動(dòng)車組的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)了復(fù)興號(hào)動(dòng)車組，根據(jù)中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司的要求，自2017年9月21日起在京滬高鐵開行350 km/h速度等級(jí)的CR400 系列復(fù)興號(hào)動(dòng)車組，中國(guó)動(dòng)車組開啟了新的發(fā)展歷程。

為了全面掌握復(fù)興號(hào)動(dòng)車組開行300 km/h或350 km/h速度等級(jí)的運(yùn)行服役情況，深入研究動(dòng)車組疲勞壽命周期性能變化規(guī)律，確保動(dòng)車組運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，有必要開展針對(duì)CR400型動(dòng)車組關(guān)鍵部件運(yùn)用狀態(tài)的長(zhǎng)期跟蹤分析研究。

1 研究?jī)?nèi)容

為深入開展CR400 型動(dòng)車組齒輪箱、軸承、一二系懸掛等關(guān)鍵系統(tǒng)或部件的長(zhǎng)期服役性能跟蹤，以及車輪、閘片、碳滑板、研磨子等磨耗件的磨耗規(guī)律研究，選取兩列CR400BF型動(dòng)車組分別作為300 km/h、350 km/h 速度等級(jí)長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)動(dòng)車組。

主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）車輪踏面、輪緣磨耗檢測(cè)及規(guī)律研究；

（2）制動(dòng)盤、制動(dòng)閘片磨耗檢測(cè)及規(guī)律研究；

（3）研磨子磨耗檢測(cè)及規(guī)律研究；

（4）碳滑條磨耗檢測(cè)及規(guī)律研究；

（5）聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、軸箱垂向油壓減振器、二系垂向油壓減振器、二系橫向油壓減振器、抗蛇形油壓減振器等部件狀態(tài)檢測(cè)、故障匯總；

（6）軸承、齒輪箱及牽引電機(jī)溫度檢測(cè)及規(guī)律研究；

（7）運(yùn)行平穩(wěn)性動(dòng)態(tài)檢測(cè)及規(guī)律研究；

（8）對(duì)比分析350 km/h 和300 km/h 速度等級(jí)動(dòng)車組上述（1）至（7）項(xiàng)的服役性能差異。

2 研究方法

（1）檢測(cè)大綱

上海動(dòng)車段配屬的CR400BF 型動(dòng)車組是中車長(zhǎng)客股份新制時(shí)速350 km 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組批量車，結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示，M為動(dòng)車，T為拖車。

圖1 CR400BF型動(dòng)車組結(jié)構(gòu)形式

選取CR400BF-5010、CR400BF-5016 分別作為350 km/h、300 km/h 速度等級(jí)長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)車組，開展長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)。CR400BF 型動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤檢測(cè)由上海動(dòng)車段牽頭，聯(lián)合科學(xué)技術(shù)研究所共同實(shí)施，編制了《CR400BF-5010、5016 動(dòng)車組長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)大綱》，明確了CR400BF 型動(dòng)車組長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)的目的、范圍及要求，制定了相關(guān)檢測(cè)內(nèi)容。

（2）檢測(cè)周期

檢測(cè)周期見表1。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目及周期

（3）技術(shù)手段

創(chuàng)新性地研制了一套動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤分析軟件，基于LabVIEW 和ACCESS 設(shè)計(jì)了開發(fā)架構(gòu)，采用了模塊化的功能設(shè)計(jì)方式，界面直觀、清晰，用戶操作簡(jiǎn)單、方便，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的系統(tǒng)化、規(guī)范化和自動(dòng)化，提高了動(dòng)車組運(yùn)行性能分析的智能化水平。

綜合運(yùn)用了多種先進(jìn)的檢測(cè)儀器、多種成熟的檢測(cè)技術(shù)，自主研發(fā)或外部引進(jìn)了適用于動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤分析研究的新方法、新技術(shù)、新產(chǎn)品，協(xié)調(diào)整合了科研院校與生產(chǎn)單位各自的資源優(yōu)勢(shì)，有效確保了動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤分析研究的準(zhǔn)確性、客觀性與科學(xué)性。

3 研究結(jié)果

歷經(jīng)兩年多的時(shí)間，搜集、整理、分析了CR400BF型動(dòng)車組運(yùn)行速度等級(jí)300 km/h 和350 km/h 的各項(xiàng)關(guān)系到動(dòng)車組運(yùn)行技術(shù)性能狀態(tài)的海量數(shù)據(jù)，得到了一些研究結(jié)論和建議：

（1）車輪：①為了更好地維持車輪踏面形狀，在LMB型車輪踏面凹型磨耗處和輪緣根部進(jìn)行局部?jī)?yōu)化處理，例如借助物理氣相沉積技術(shù)鍍上耐磨涂層，其優(yōu)點(diǎn)在于不影響車輪外形的前提下，可有效提高車輪踏面的耐磨性，可延長(zhǎng)車輪鏇修周期，進(jìn)而延長(zhǎng)輪對(duì)使用壽命；②動(dòng)車組研磨子會(huì)對(duì)車輪踏面進(jìn)行一定程度修型，但踏面滾動(dòng)圓處仍然存在較為明顯的凹磨特征，因此，優(yōu)化現(xiàn)有動(dòng)車組研磨子的使用頻率和效率可對(duì)踏面滾動(dòng)圓處凹磨速率起到一些減緩作用；③依據(jù)軌道-車輛耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性研究，根據(jù)高速輪軌耦合接觸關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計(jì)LMB 型車輪外形，進(jìn)一步減輕或避免出現(xiàn)集中磨耗導(dǎo)致踏面凹型，延長(zhǎng)新輪或鏇輪后在名義滾動(dòng)圓附近疲勞裂紋、剝離等損傷的出現(xiàn)時(shí)間。

（2）制動(dòng)盤、制動(dòng)閘片、研磨子：它們的磨耗規(guī)律研究不能單以運(yùn)行速度等級(jí)或公里數(shù)作為劃分因素，動(dòng)車組運(yùn)行交路中列車制動(dòng)頻次是影響制動(dòng)盤、制動(dòng)閘片和研磨子磨耗的主要因素。

（3）碳滑條：從動(dòng)車組受電弓工作方式和碳滑條磨耗數(shù)據(jù)可以看出，碳滑條是易損件，其日常磨耗測(cè)試數(shù)據(jù)因不同人員的人為測(cè)量基準(zhǔn)不同使得數(shù)據(jù)的客觀性略有缺乏，因此，上海動(dòng)車段于2019 年3 月對(duì)碳滑條磨耗測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，將原先的磨耗極限值5 mm 改為25 mm，同時(shí)建議研究自動(dòng)化碳滑條磨耗測(cè)量工具。

（4）滾動(dòng)軸承、齒輪箱、牽引電機(jī)：目前尚無更換記錄，處于使用周期的初期階段，還沒有到故障頻發(fā)的節(jié)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承、齒輪箱、牽引電機(jī)出現(xiàn)故障，特別是早期潛在故障時(shí)，油液溫度監(jiān)控存在較大滯后性，建議加強(qiáng)高速旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。

（5）運(yùn)行平穩(wěn)性：CR400BF 型動(dòng)車組在 350 km/h 速度等級(jí)及以內(nèi)運(yùn)行時(shí)，車體橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2，比GB5599-1985中規(guī)定的客車運(yùn)行平穩(wěn)性優(yōu)等限值（2.5）還小，CR400BF型動(dòng)車組平穩(wěn)性總體來看是很好的。

4 結(jié)束語

動(dòng)車組是集機(jī)械、電氣、控制等先進(jìn)技術(shù)于一體的大系統(tǒng)，影響動(dòng)車組運(yùn)行性能的因素很多。對(duì)于CR400BF型動(dòng)車組疲勞壽命規(guī)律的跟蹤分析，從動(dòng)車組牽引、制動(dòng)兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)車輪、制動(dòng)盤、研磨子等磨耗件的磨耗進(jìn)行了跟蹤測(cè)試與數(shù)據(jù)分析，對(duì)滾動(dòng)軸承、齒輪箱、牽引電機(jī)的車載溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了下載與分析，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行平穩(wěn)性進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤測(cè)試。借助開發(fā)的動(dòng)車組運(yùn)行性能跟蹤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一分析、對(duì)比分析、歸納總結(jié)。研究結(jié)論與指導(dǎo)建議對(duì)于掌握復(fù)興號(hào)動(dòng)車組開行300 km/h或350 km/h速度等級(jí)的運(yùn)行服役情況具有重要意義，能夠科學(xué)指導(dǎo)CR400BF型動(dòng)車組檢修運(yùn)用、優(yōu)化完善CR400BF型動(dòng)車組修程修制，對(duì)于保障復(fù)興號(hào)動(dòng)車組安全穩(wěn)定運(yùn)行是重要的技術(shù)支撐，對(duì)于提高動(dòng)車組運(yùn)維管理水平具有科學(xué)的指導(dǎo)作用。